Foodweb ecologia 2011
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Redes tróficasCurso de Ecología 2011
Facultad de Ciencias y Filosofía
UPCH
Las comunidades no pueden ser entendidas únicamente como resultado de las interacciones directas entre especies
Quaternaryconsumers
Tertiaryconsumers
Carnivore
Carnivore
Carnivore
Carnivore
Secondaryconsumers
CarnivoreCarnivore
Primaryconsumers
ZooplanktonHerbivore
Primaryproducers
PhytoplanktonPlant
A terrestrial food chain A marine food chain
Estructura trófica
• La estructura trófica se refiere a las relaciones de alimentación entre los organismos en una comunidad
• Es el proceso de transferencia de energía alimenticia a través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente.
• Las cadenas alimenticias enlazan los niveles tróficos desde productores hasta los depredadores topes
• Esto es un factor clave en la dinámica comunitaria
Redes tróficas
Una red trófica es la interconección de varias cadenas tróficas
Euphausids(krill)
Carnivorousplankton
Phyto-plankton
Copepods
Squids
Elephantseals
FishesBirds
Crab-eaterseals
Leopardseals
Spermwhales
Smallertoothedwhales
Baleenwhales
Humans
• Una red trófica puede ser simplicada aislando una porción de la comunidad que inteactúa poco con el resto de la comunidad
Zooplankton
Fish larvae
Fish eggs
Sea nettle Juvenile striped bass
Efectos indirectos
La dinámica de una especie puede afectar no solo a la especie con la que interactúa directamente
(depredación/parasitismo), sino también a otras especies
Efectos inesperados
Algunas veces… la remoción de un depredador puede conducir al decremento de sus presas
Tal resultado se observa cuando los efectos directos son menos importantes que los efectos que ocurren indirectamente a través de otras rutas
En el análisis de 100 estudios experimentales de depredación, el 90% mostró un efecto significativo sobre las presas y 1/3 de los casos ocurría efectos inesperados (Sih et al. 1985).
Efectos inesperados
Strigops habroptiluskakapoNueva Zelandia
Efectos inesperados
Rhinocyllus conicus
Controlador biológico de Carduus spp exóticos en USA (Louda et al. 1997)
Ataca cardos nativosDesplazado a tefrítido nativo Paracantha culta
Cascadas tróficas
Efecto indirecto que se propaga a través de la cadena trófica a niveles inferiores no inmediatos
Cascadas tróficas
Cascadas tróficas
Cascadas tróficas
lapas
Más depredada
Cuatro niveles tróficos
La abundancia de los depredadores tope y los herbívoros esta positivamente correlacionado
Cuatro niveles tróficos
La abundancia de los depredadores tope y los herbívoros esta positivamente correlacionado
Cuatro niveles tróficos
Polis et al. 2000 TREE
¿Cascadas tróficas en todos los habitats?
Cascada a nivel de especie
Se encuentra efectos cascadas en comunidades terrestres en 41 estudios revisados (Schmitz et al 2000)----efectos cascada a nivel de especie
Ocurre dentro de un subconjunto de la comunidad o compartimento de la red trófica, tal que el cambio en el número de depredadores afecta el éxito de un subconjunto (uno o pocas) especies de plantas
Cascada a nivel comunitarioAltera sustancialmente la distribución de la biomasa vegetal a través de todo el sistema (Polis et al 2000)
Condiciones en donde es más probable detectar cascadas a nivel comunitario (Polis et al. 2000):
1. Hábitat discreto y homogéneo
2. Dinámicas poblacionales de las presas rápida en relación a los consumidores (microalgas)
3. Presas tienden a ser igualmente consumibles
4. Nivel trófico discreto e interacciones fuertes entre las especies
Comunidades acuáticas y agro-ecosistemas reúnen estas características
Control ascendente o descendente de las redes tróficas
¿Por qué el mundo es verde?
Las cascadas suponen un control descendente
¿Pueden las plantas controlar las redes tróficas?¿Qué limita a los herbívoros a regular la biomasa vegetal?
1. Defensa de las plantas
2. Limitada disponibilidad de nutrientes esenciales
3. Factores abióticos
4. Competencia intraespecífica
5. Interacciones interespecíficas
Polis 1999 Oikos
La productividad de los sistemas pueden cambiar el control de la red
Interacciones fuertes y especies claves
Si la remoción de una especie provoca la extinción (grandes cambios en la densidad) de al menos otra especie se define como una especie con interacción fuerte
Especies claves
• Ejercen un fuerte control en la comunidad por su rol ecológico o nichos
• Las especies claves no son necesariamente abundantes en la comunidad
Without Pisaster (experimental)
With Pisaster (control)
1963 ’64 ’65 ’66 ’67 ’68 ’69 ’70 ’71 ’72 ’73
20
15
10
5
0
Nu
mb
er
of
sp
ec
ies
pre
se
nt
Los estudios de campo de estrellas de mar exhiben su rol como especie clave en las comunidades intermareales
• Las observaciones de las poblaciones y de su depredación muestra como la nutria afecta las comunidades oceanias
100
80
60
40
0
20
Sea otter abundance
Ott
er
nu
mb
er
(% m
ax
. c
ou
nt)
400
300
200
0
100
Sea urchin biomass
Gra
ms
pe
r0
.25
m2
10864
02
Total kelp density
Nu
mb
er
pe
r0
.25
m2
19971993198919851972Year
Food chain beforekiller whaleinvolvement inchain
Food chain afterkiller whales startedpreying on otters
Ingenieros ecosistémicos (Foundation Species)
• Algunos organismos ejercen fuerte influencia en la estructura de la comunidad por causa de cambios físicos en el ambiente
Un castor puede transformar el paisaje en una escala grande
Algunas especies actúan como facilitadoras (efecto positivo en la supervivencia, reproducción) sobre
otras especies)
Estructura de redes tróficas, productividad y estabilidad
Una comunidad puede ser caracterizada por:
1. Estructura (diversidad, interacciones, longitud de las cadenas tróficas),
2. Productividad (biomasa producida, tasa de producción de biomasa)
3. Estabilidad
¿Cómo la pérdida de diversidad puede afectar la estabilidad y la productividad de las comunidades biológicas?
¿Estabilidad?Resiliencia describe la velocidad con que una comunidad retorna a su estado inicial antes de ser perturbado y desplazado desde este estado.
Resistencia describe la habilidad de una comunidad de evitar ser desplazada de su estado
¿Estabilidad?
Estabilidad local describe la tendencia de una comunidad a retornar a su estado de origen cuando es sometida a una pequeña perturbación.
Estabilidad global describe la tendencia de una comunidad de retornar a su estado original cuando es sometida a una gran perturbación.
¿Estabilidad?
Estabilidad dinámicamente frágil cuando la estabilidad se mantiene en un rango ambiental limitado
Estabilidad dinámicamente robusta cuando la estabilidad se mantiene en un amplio rango ambiental
Complejidad de las comunidades
¿Existe relación entre la estabilidad y la estructura de la red trófica?
Complejidad (diversidad, mayor interacciones, interacciones más fuertes)
Tradicionalmente se propuso que la mayor complejidad de una comunidad incrementaba su estabilidad
Tema controversial
Desde los modelos: modelos simples son inherentemente inestablesDesde casos: comunidades de islas de pocas especies son sensibles a ser invadidas (Elton 1958)El mayor número vías de transferencia de energía en una comunidad le brinda estabilidad (Mac Arthur 1955)
Complejidad y estabilidad en comunidades modelo: poblaciones
May (1972) examinó la estabilidad local (de poblaciones individuales) en una comunidad basado en un modelo de red tróficaExaminó la manera en las cuales el tamaño poblacional de c/especie cambio cerca al equilibrio
Estableció que las poblaciones retornaban al equilibrio después de una perturbación si:
βij Medida del efecto de la densidad de la especie j sobre la tasa de incremento de la especie i
S Número de especies
CLa conectancia de la red (la fracción de todos los posibles pares que interactúan directamente (βij no cero)
β (SC)1/2 < 1
De otro modo, el modelo conduce a la inestabilidad
c/especie es afectada por la intx con las otras
Relación entre la conectancia y el número de especies
β (SC)1/2 < 1
Aumentan especialistas
Aumentan generalistas
Complejidad y estabilidad en la práctica: poblaciones
¿Comunidades más ricas son menos estables?
Complejidad y estabilidad en la práctica: comunidades
No hay relación en la estabilidad a nivel de poblaciones que a nivel de la comunidad
Complejidad y estabilidad en la práctica: comunidades
La importancia de la naturaleza de la comunidad
Mayor resiliencia en estanques a perturbaciones (10%)
El flujo de energía a través del ecosistema tiene un importante influencia sobre la resiliencia
Tundra, tropical forest, temperate deciduos forest, salt marsh, freshwater spring, Pond
¿Número de especies o su identidad?Especies claves
+
Mas conectada
Mas conectada, no basal
Al azar
Menos conectada
Dunne et al 2002 en base a 16 redes tróficas disponibles
Patrones empíricos en redes tróficas…