Estructura de las comunidades

Universidad de Sonora
Licenciatura en Biología
Curso: Ecología
Estructura de las comunidades
Francisco Molina Freaner
freaner@unam.mx
biosfera
región
paisaje
ecosistema
comunidad
interacción
población
individuo
¿qué es una comunidad?
En esta clase examinamos
las propiedades que
definen la estructura de
las comunidades
¿Que es una comunidad?
• Las relaciones entre las especies crean redes de
interacciones que conectan a las especies que
coexisten en un lugar
• El grupo de especies que coexisten y ocupan un
área determinada, interactuando tanto directa
como indirectamente, se denomina comunidad
• Es un concepto espacial: conjunto de especies
que ocupan un lugar que posee un limite definido
Comunidad: sentido amplio y
sentido restringido
• La definición en su sentido amplio se refiere a
todas las especies que coexisten y que interactúan
en un lugar determinado
• Sin embargo, generalmente los ecólogos no
estudian la comunidad completa (¿imposible?).
Por esta razón, el término comunidad es
generalmente usado en un sentido mas
restringido para referirse a un subconjunto
(subsistema) de especies, como comunidades de
plantas, de aves, de insectos, de hongos, de
bacterias, etc.
• ¿Cómo se estudian las
comunidades microbianas?
• Metagenómica
Atributos o propiedades de las
comunidades
• Como las poblaciones, las comunidades
poseen atributos que difieren de aquellos
individuos que la componen (propiedades
emergentes)
• Estos atributos incluyen el número de
especies, su abundancia relativa, la
naturaleza de sus interacciones y la
estructura física de la comunidad.
Riqueza de especies de la
comunidad
• El número de especies y su abundancia
relativa definen la estructura biológica de
una comunidad
• La medida mas simple de la estructura de
la comunidad es el número de especies,
denominado riqueza de especies
• Problemas para cuantificar la riqueza de
especies: tamaño corporal, rareza, métodos
estadísticos (EstimateS- R. Colwell), etc.
Número de especies (S)
Riqueza observada de especies de arañas
como función del esfuerzo de muestreo
Esfuerzo de muestreo (No. de trampas)
Estimación de la riqueza esperada
de especies usando algoritmos
Se=92
EstimateS: programa de Robert Colwell
Abundancia relativa de las
especies
• No todas las especies de la comunidad son
igualmente abundantes
• Si contamos todos los individuos de cada
especie a partir de muestras de la
comunidad y determinamos el porcentaje
que cada una contribuye al total de especies,
caracterizamos otro atributo: abundancia
relativa de las especies
Abundancia relativa de 24 especies de una comunidad forestal
Abundancia relativa de las 10
especies de otra comunidad forestal
Diagrama de rango-abundancia
Método para comparar los patrones de riqueza de especies y
abundancia entre comunidades: abundancia relativa de cada especie
en relación al orden de mayor a menor abundacia
Equitatividad de especies
• Las dos comunidades anteriores difieren en la
riqueza de especies y en la forma en que se
distribuyen los individuos de cada especie
• La primera comunidad forestal tiene mayor
riqueza de especies (24), asi como una
distribución mas equitativa de los individuos de
cada especie, lo que se denomina equitatividad
de las especies.
• En los diagramas de rango-abundancia, una mayor
equitatividad se muestra como un gradiente mas
gradual de la curva
• ¿cómo se mide la equitatividad?
Comunidad 1
Riqueza de especies: 4
Mayor equitatividad
Comunidad 1
Comunidad 2
Riqueza de especies: 4
Menor equitatividad
Comunidad 2
Cuantificando la diversidad de
especies: indices de diversidad
• El procedimiento gráfico de los diagramas de
rango-abundancia puede usarse para evaluar
visualmente diferencias en la estructura
biológica de dos o mas comunidades
• Sin embargo, estos diagramas no cuantifican las
diferencias observadas.
• Los ecólogos solucionan este problema mediante
el uso de indices de diversidad de especies que
consideran tanto el número como la abundancia
relativa de las especies dentro de la comunidad
Indices de diversidad en Ecología
• Existen mas de 60 indices que se usan en ecología
para medir diversidad de especies.
• Indices mas importantes:
– Indices de dominancia (ej: Indice de Simpson)
– Indices de información (ej: Indice de ShannonWeiner)
Cada índice de diversidad requiere del cálculo de la proporción
con respecto al total de los individuos de cada especie (Pi )
Procedimiento: Convierte el conteo de cada especie en la muestra
a proporción con respecto al número total de individuos de todas las
especies en la muestra.
S: Número total de especies en la muestra.
ni :Número de individuos de la especie i.
El número total de individuos en la muestra se calcula como:
∑N
La proporción que representa la especie i (denotada como pi)
es:
pi= ni/ ∑N
1.- Indice de Simpson:
1
D
2
p
 i
–

Pi = la abundancia proporcional de la especie i
= (conteo de la especie i)/(conteo total muestra)
Equitabilidad, E = D/Dmax donde Dmax = S
2.- Indice de Shannon-Wiener:
H   pi ln pi
–
–
–
–
pi = abundancia proporcional de la especie i
Máximo valor = ln (S): Hmax
Indice mas alto indica mayor diversidad
Equitabilidad, J = H / Hmax
Comparación de los índices de
diversidad
Comparación de los indices de diversidad de Simpson (D) y de Shannon-Wiener (H) para 5
comunidades que difieren en la abundancia de especies
Proporción de la muestra representada por la especie
Indice de diversidad
La supremacía numérica define
la dominancia
• Cuando una o pocas especies predominan
dentro de la comunidad, se les denomina
dominantes
• Dominancia es lo opuesto a diversidad
• La dominancia puede ser debido a una
mayor abundancia de la especie o debido
una mayor contribución en la biomasa de la
comunidad
Las especies clave influyen en la estructura de la
comunidad de manera no proporcional a su cantidad
• Especies que sin ser las mas abundantes, pueden
jugar un papel muy importante en el
funcionamiento de la comunidad
• Las especies clave son especies que funcionan de una
manera significativa a través de sus actividades y su
efecto en la comunidad no tiene proporción con su
abundancia
• Su eliminación inicia cambios en la estructura de la
comunidad y resulta en una pérdida de la diversidad
• Su papel en la comunidad puede ser el crear o
modificar el hábitat o influir en las interacciones
entre otras especies.
Estudio de Paine sobre Pisaster y sus presas en la zona de intermarea
¿Que efecto tiene la remoción de la estrella de mar en la estructura de la comunidad?
mejillones
Pisaster
percebes
(Mytilus)
chitones
lapas
La estrella de mar (Pisaster) depreda a varios invertebrados herbívoros
Ejemplo de especie clave
Estudios experimentales de campo con estrellas de mar
– Muestran su papel de especie clave en comunidades de intermareas
Número
deofespecies
Number
species
present
presentes
•
20
ConPisaster
Pisaster(control)
(control)
With
15
10
Sin Pisaster
(experimental)
Without
Pisaster
(experimental)
5
0
1963 ´64 ´65 ´66 ´67 ´68 ´69 ´70 ´71 ´72 ´73
(a) La estrella de mar Pisaster ochraceous se
alimenta preferentemente de bivalvos pero
puede consumir otros invertebrados.
(b) Cuando la estrella Pisaster se elimina de la zona de
intermareas, los mejillones se vuelven dominantes de la
superficie rocosa y eliminaron a la mayoría de los otros
invertebrados y algas. En una zona control, donde no se
eliminó a Pisaster, no hubo cambios en la diversidad de
especies.
Las cadenas tróficas describen
las interacciones entre especies
• Algunas interacciones entre especies (depredación,
parasitismo, competencia, mutualismo) se encuentran
implicadas en la adquisición de recursos alimenticios
• Una cadena trófica es un diagrama descriptivo (a través
de flechas) que representa el flujo de energía trófica
desde la presa hasta el depredador
• Sin embargo, las relaciones tróficas en la naturaleza no
pueden representarse como cadenas tróficas simples y
lineales
• Las relaciones tróficas se representan como redes tróficas
con conexiones que van desde los productores hasta los
consumidores
Red trófica
de una
comunidad
de pradera
Estructura de una red trófica
Especies
Conexiones
La descripción de las redes tróficas puede volverse muy compleja en comunidades
diversas. Por esta razón, los ecólogos simplifican la representación de las redes,
agrupando a las especies en categorías mas amplias que representen la fuente de su
energía alimenticia: productores primarios (autótrofos), secundarios (heterótrofos;
herbívoros, carnívoros, etc). Estos grupos alimenticios de denominan niveles tróficos
Las comunidades tienen una
estructura física
• Las comunidades tienen características físicas
• La forma y estructura de las comunidades
terrestres se definen principalmente por la
vegetación (altura, estratificación, caducifolia,
etc)
• La estructura física de las comunidades acuáticas
esta definida por características del ambiente
físico o abiótico, tales como la profundidad del
agua, la salinidad, etc.
Estructura vertical de un gradiente: de
comunidades acuáticas a terrestres
Generalmente es difícil definir los
límites entre las comunidades
• Comunidad: concepto espacial
• Los ecólogos distinguen entre tipos de
comunidades basados en diferencias en su
estructura física y biológica
• Cuando la transición ente dos comunidades
(ecotono) es brusca, no hay problemas en definir
los límites de las comunidades
• En cambio, cuando la transición es gradual, los
límites entre comunidades suelen ser arbitrarios
Dos concepciones contrastantes
sobre la comunidad
• Concepto holístico de la comunidad. Asociación
recurrente de especies debido a interacciones
positivas o neutras. Superorganismo
• Concepto individualista o del continuo de la
comunidad. Naturaleza individualista de la
distribución de especies. Las relaciones entre las
especie coexistentes son el resultado de
similitudes en sus requerimientos y tolerancias; no
son el resultado de interacciones intensas
Concepción holística
Concepción individualista
¿cómo son las comunidades en la
naturaleza?
•
•
•
•
¿son como un super organismo?
¿son las interacciones importantes?
¿son mas individualistas?
¿son solo las especies que les tocó vivir en
un lugar determinado?
• ¿qué opinas al respecto?
Conceptos importantes
• ¿Qué es una comunidad biótica?
• Propiedades o atributos de las comunidades:
número de especies, diversidad de especies
(abundancia relativa), naturaleza de las
interacciones y estructura física
• Índices de diversidad en ecología
• Especies clave
• Concepciones sobre la comunidad: holístico
vs. individualista
Lectura opcional: leer capítulo 16 del
libro de Smith y Smith (2007): estructura
de las comunidades
Siguiente clase: Factores que influyen en
la estructura de las comunidades.