Transcript CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 1 TEMA 2.

CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 1
TEMA 2. BIODIVERSIDAD
• Definición y niveles de biodiversidad.
• Medición de la diversidad.
• Patrones de diversidad biológica en el
espacio y en el tiempo.
• Biodiversidad y funcionamiento de los
ecosistemas.
http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/es/
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 2
DEFINICIÓN DE
BIODIVERSIDAD
• La riqueza de la vida sobre la Tierra,
los millones de plantas, animales y microorganismos,
los genes que contienen
y los intrincados ecosistemas
que contribuyen a construir el medio natural
(World Wildlife Fund, 1989)
• La diversidad funcional y taxonómica de los organismos
en todas las escalas espaciales y temporales
o NO sólo el número de especies
o NO sólo la abundancia relativa de cada especie
o Todos los aspectos de la diversidad biólógica
NIVELES DE
BIODIVERSIDAD
GENES
ESPECIES
HISTORIA EVOLUTIVA
COMUNIDADES
Y ECOSISTEMAS
Diversidad genética
Diversidad taxonómica
Y filogenética
Diversidad funcional
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 3
DIVERSIDAD TAXONÓMICA vs. FUNCIONAL
Grupos taxonómicos:
• organismos agrupados por
caracteres homólogos compartidos
Grupos funcionales:
• especies agrupadas por caracteres
análogos
• Historia evolutiva común
• Papeles funcionales similares
en un ecosistema
Eukarya (Dominio)
Animalia (Reino)
Arthropoda (phylum)
Uniramia (subphylum)
Insecta (clase)
Diptera (familia)
Drosophila (género)
melanogaster (especie)
EJEMPLOS:
•Niveles tróficos (ej., productores,
consumidores, descomponedores)
• Ciclos vitales (ej., semélparos, iteróparos;
anual, bienal, …)
• Fisiologia (ej., C3, C4, fijadores de
nitrógeno)
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 4
DESCRIPCIÓN DE LA DIVERSIDAD TAXONÓMICA
Estimación de un
total de 10-50
millones de especies
Identificación y
descripción científica de
aprox. 1.413.000
especies (Wilson 1992)
+ 300.000 especies
fósiles
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 5
MEDICIÓN DE LA DIVERSIDAD A DIFERENTES
ESCALAS ESPACIALES
TIPOS DE DIVERSIDAD
MÉTODOS DE MEDICIÓN
ALFA: riqueza específica de una
comunidad local
INDICES DE DIVERSIDAD
RIQUEZA ESPECÍFICA
BETA: cambio de composición específica
a lo largo de un gradiente ambiental o
geográfico. HETEROGENEIDAD
(DIVERSIDAD) DE HÁBITATS
CURVAS ESPECIES-ÁREA
GAMMA/ALFA
GAMMA: riqueza específica de una
región o continente
RIQUEZA ESPECÍFICA
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 6
Un ejemplo de estimación de
diversidad alfa, beta y gamma
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 7
PREGUNTAS CLAVE SOBRE LA BIODIVERSIDAD
1. ¿Es aleatoria la variación de la
biodiversidad en el espacio y en el
tiempo?
S = f(R), ó
S = f(FA, R)
2. ¿Es la biodiversidad un epifenómeno
pasivo consecuencia de la historia,
azar, clima, geografía y evolución?
S = f(FA, FB, R)
O, ¿es la biodiversidad un agente
activo en los procesos ambientales?
Y por tanto, ¿tiene interés conocer los
patrones de diversidad en el
espacio y en el tiempo (patrones de
distribución y abundancia de las
especies)?
FA, FB = f(S, R)
S= especies
FA= factores abióticos
FB= factores bióticos
R= factores aleatorios
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 8
FACTORES QUE DETERMINAN LOS
PATRONES DE DIVERSIDAD
• Abundancia de recursos
• Tasa de producción de recursos (productividad del
hábitat)
• Variabilidad climática
• Estrés ambiental (necesidad de adaptaciones
especiales)
• Historia (edad evolutiva)
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 9
Conjunto regional
de especies
Factores históricos
1. Conjunto regional de
especies: tectónica, evolución,
cambio climático, catástrofes
(ej., impactos de asteroides), …
Factores abióticos
2. Distribución y abundancia
dentro de una región: Tª, pH,
precipitaciones, fertilidad, …
Factores bióticos
3. Distribución y abundancia
dentro de una comunidad
local: Estructura de la
comunidad (predación,
competencia, …)
Composición de
la comunidad
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 10
PATRONES DE BIODIVERSIDAD EN EL ESPACIO
1. OBSERVACIONES:
A. Descripción de los patrones de diversidad.
B. Biodiversidad y factores abióticos y bióticos están relacionados.
Problema: múltiples factores causales potenciales correlacionados entre si.
2. Construcción de MODELO explicativo:
• Factores abióticos y/o bióticos como determinantes de la diversidad.
Ej., Biodiversidad vegetal = precipitación
3. Establecer HIPÓTESIS CONTRASTABLES del modelo:
• Ej.: mayor precipitación = mayor diversidad
4. CONTRATE DE HIPÓTESIS mediante experimentos (u
observaciones):
• Variación de un(os) factor(es) y control del resto.
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 11
EJEMPLOS DE PATRONES EN EL ESPACIO
S = f (FA)
FA =
evapotranspiración
potencial
Gaston, K. 2000. Global patterns in biodiversity. Nature 405:220-227.
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 12
EJEMPLOS DE PATRONES EN EL ESPACIO
S = f (FA)
Riqueza específica de
aves (cuadrículas de
611,000 km²)
FA = latitud
Gaston, K. 2000. Global patterns
in biodiversity. Nature 405:220227.
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 13
La biodiversidad en el espacio: Plantas vasculares
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 14
S = f (FA), FA = latitud, precipitación, evapotranspiración
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 15
EJEMPLOS DE PATRONES EN EL ESPACIO
S = f (FB)
FB = propiedades de la vegetación
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 16
PATRONES DE BIODIVERSIDAD EN EL TIEMPO
• Escala geológica: Registro paleontológico
• Escala ecológica: Sucesión
En ambos casos, evidencias de INCREMENTOS DE
DIVERSIDAD CON EL TIEMPO
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 17
SUCESIÓN: CAMBIOS TEMPORALES DE
DIVERSIDAD A CORTO PLAZO
Sucesión faunística (aves,
insectos) tras el abandono de
campos de cultivo
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 18
BIODIVERSIDAD Y FUNCIONAMIENTO DE LOS
ECOSISTEMAS
Funcionamiento de un ecosistema:
Conjunto de actividades vitales de plantas, animales y microorganismos y
los efectos que estas actividades tienen en las condiciones físicas,
químicas y biológicas del ambiente
Funciones de un ecosistema:
• productividad
• biomasa
• ciclos de nutrientes y energía
• flujo de gases (ej., CO2)
•…
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 19
FA, FB = f (S)
Función del ecosistema
Redundancia
“A long-simmering debate among
ecologists over the importance of
biodiversity to the health of ecosystems has
erupted into a full-blown war. Opposing
camps are dueling over the quality of key
experiments, and some are flinging barbs at
meetings and in journals.”
Kaiser, J. 2001. Rift Over Biodiversity
Divides Ecologists. Science 289: 12821283.
Especies clave
(“keystone”)
Biodiversidad
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 20
COMPONENTES DE LA BIODIVERSIDAD
IMPORTANTES EN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS
ECOSISTEMAS
1. RIQUEZA ESPECÍFICA
2. COMPOSICIÓN ESPECÍFICA (identidad de las especies)
• Especies clave (“keystone”)
• Ingenieros del ecosistema (“ecosystem engineers”)
• Organismos con alta importancia en la comunidad
ESPECIES CUYA PÉRDIDA TIENE EFECTOS
DESPROPORCIONADOS EN LA COMUNIDAD, EN
COMPARACIÓN CON OTRAS ESPECIES
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 21
Diseños experimentales
Cedar Creek (Minnesota).
Parcelas establecidas en 1993 con
biodiversidades vegetales que oscilan
entre monocultivos y 32 especies
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 22
150
50
0
1 4 9 16
+34%
+36%
+17%
+15%
+10%
200
+18%
250
+11%
300
100
N addition
effect
(ambient CO2)
+2%
350
elevated
CO2 effect
(ambient N)
+18%
+22%
400
+25%
combined elevated CO2
and N addition effect
+7%
2
Change in biomass (g/m )
[response to elevated CO2 and/or N]
compared to ambient CO2 and ambient N
Resultados del experimento BioCON
1 4 9 16
Number of species
1 4 9 16
Reich et al. 2001 Nature
http://www.lter.umn.edu/biocon/
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 23
RESPUESTAS DE LOS ECOSISTEMAS A LOS CAMBIOS
DE BIODIVERSIDAD (estudios experimentales)
1. Niveles de funcionamiento de los ecosistemas
•
•
•
Productividad global se incrementa con la riqueza específica.
La producción vegetal se reduce con la reducción de la diversidad local y
regional.
Los declives en el funcionamiento pueden ser graves cuando el número de
especies es muy bajo (ej., cultivos)
CAUSAS
•
•
“Efecto de muestreo”: cuando una región contiene especies que varían en
su productividad u otra función, los ecosistemas más diversos tienen una
mayor probabilidad de contener especies de alta productividad
Efecto de complementariedad: un incremento en la diversidad genera un
número creciente de especies complementarias en el uso de recursos, dado que
explotan diferentes nichos y así hacen uso efectivo de un mayor rango de
recursos
Issues in Ecology 4 (Ecological Society of America)
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC
CONSERVACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RECURSOS ANIMALES > TEMA 2 > 24
RESPUESTAS DE LOS ECOSISTEMAS A LOS CAMBIOS
DE BIODIVERSIDAD (estudios experimentales)
2. Resilencia y estabilidad del funcionamiento del ecosistema
•
•
•
Estabilidad: atributo a largo plazo difícil de analizar experimentalmente.
Reducciones en la diversidad vegetal redujeron la resistencia a sequías en praderas
Las fluctuaciones de las funciones (ej., productividad) pueden ser mayores
cuando se reduce la riqueza específica (estudios con comunidades microbianas).
Los procesos a nivel de ecosistema, tales como los niveles de nitrógeno edáfico,
el uso del agua, la productividad vegetal y los ciclos de plagas y enfermedades
pueden hacerse más variables con las reducciones de diversidad
CAUSAS:
•
•
La capacidad de las especies competidoras de reemplazarse o
compensarse entre si
“Efecto de la cartera de valores” (“portfolio effect”): las propiedades
acumultivas (como las funciones ecológicas) muestran fluctuaciones menores en
sistemas con muchas especies (del mismo modo que las carteras de acciones
diversificadas muestran menor varianza a largo plazo que las especializadas en
uno o unos pocos valores)
Issues in Ecology 4 (Ecological Society of America)
ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC