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Tema 1 el concepto de nicho

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Lección 1. La teoría del nicho ecológico
El nicho multidimensional
GENERALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
HUTCHINSON, G.E. 1957. Concluding Remarks. Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.,22,415-427
El concepto de nicho multidimensional
Hutchinson define el nicho de una especie como un espacio n dimensional donde cada dimensión
representa la respuesta de una especie a la variación de una determinada variable.
Las variables son independientes unas de otras y estarían representadas por todas aquellas
condiciones ambientales y recursos que afectan al rendimiento de la especies en un determinado
instante de tiempo t.
El modelo de Hutchinson está basado en la teoría de conjuntos, que permite analizar variables no
lineales, como la respuesta de los organismos vivos a la variación en la intensidad de una
condición ambiental (p.ej. Temperatura).
GENERALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
HUTCHINSON, G.E. 1957. Concluding Remarks. Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.,22,415-427
El concepto de nicho fundamental
La respuesta de una especie a una variable del nicho
viene representada por su distribución de frecuencias
respecto a las categorías de la variable.
NICHO UNIDIMENSIONAL
Distribución de frecuencias
Rangos de variación
Si añadimos nuevas variables, independientes
entre sí, hasta n-variables, el hipervolumen
definido dentro de este espacio multidimensional
se correspondería con el nicho fundamental de
una especie.
Rendimiento
Rango de variación total
dentro del área de estudio
NICHO BIDIMENSIONAL
Distribución de frecuencias
NICHO TRIDIMENSIONAL
Variable Y
Subóptimo
V
ar
ia
ble
Z
Óptimo
x’
Variable X
y’’
Subóptimo
Variable Y
bl
eY
S ubópt imo
Intervalos de
rendimiento
Ópt
Óptimo
imo
y’
Variable X
x’‘
’‘
ar
ia
x’’
x’’ Variable X x’‘
’‘
Óptim o
V
Óptimo
Subóptimo
Ren dimiento
Rango de variación
de la población
x’‘
x’
Variab le X
x’‘
x’
Variab le X
x’‘
GENERALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
HUTCHINSON, G.E. 1957. Concluding Remarks. Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.,22,415-427
Relación entre el espacio del nicho y el espacio del biotopo
El concepto de biotopo está muy ligado con el
concepto de nicho y puede definirse como:
“cualquier fragmento de la Biosfera, ocupado por
una biocenosis, con fronteras arbitrarias donde se
encuentra una cierta diversidad de recursos tróficos
(organismos o nutrientes) y se producen variaciones
de las propiedades físicas”.
BIOTOPO
NICHO
El nicho del zooplancton de un sistema lacustre muy
simple es un buen ejemplo de la relación entre el
espacio del nicho y del biotopo.
Las dimensiones del nicho del zooplancton vienen
definidas por la variación en la gama de temperaturas
y del tamaño de las algas que le sirven de alimento en
el lago.
Cualquier punto en el espacio del nicho puede corresponder a muchos puntos en el biotopo, mientras que un
punto del biotopo sólo se corresponde con un punto en el espacio del nicho. Además, no todos los puntos del
biotopo tienen que estar representados en el espacio del nicho.
.. y disponemos de un conjunto de
unidades de muestreo que nos permite
observar donde está presente la especie i.
Imaginemos un área de estudio
en la que es conocida la
variación de la variable X, ...
1101
1107 1104 1102
1206
1105 1103
1108
1111
11091106
11221209
1117 1114
1120
1212 1215 1123
1112
1202
121811181115
1121
1205
1208 1211
1303
1221
12141124 1125
1204
1302 13061309
1201
1207
1312
1305
1217
1224
1210
1315
1308
1301
1213
1311
1304
1216
1318
1307
1220
1321
1314
1219
1317 1323
1310
1324
1223
1320
1222
1313
1203
1119
1113 1110
1319
1322
RANGO DE VARIACIÓN DENTRO
DEL ÁREA DE ESTUDIO
RANGO DE VARIACION
DE LA ESPECIE
Distribución de frecuencias de la especie i en
función de la variable X.
FRECUENCIA
1316
1116
A partir de esta información podríamos
estimar cuantos individuos de la especie i,
están presentes en
cada categoría de la
variable X.
SUB
RENDIM.
SUB
ÓPTIMO
Categorías de la variable X
GENERALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
HUTCHINSON, G.E. 1957. Concluding Remarks. Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.,22,415-427
El concepto de nicho realizado
El modelo de nicho que define Hutchinson considera que
las variables son independientes unas de otras. De ahí que el
nicho se pueda representar en unos ejes cartesianos en
forma de rectángulo.
Y
S1
La probabilidad de que los nichos de las especies presentes
en un biotopo estén separados es nula, pues un mismo
recurso puede ser utilizado al mismo tiempo por varias
especies, por lo que existirá un cierto grado de
solapamiento entre los nichos.
N1 – N2
N1 x N2
N2 – N1
S2
X
Si N1 y N2 son los conjuntos de puntos que representan la
posición de cada individuo de las especies S1 y S2 en el
espacio del nicho definido por las variables X, Y; se puede
definir el nicho realizado de:
S1 en presencia de S2  N(S1/S2) = N1 - N2
S2 en presencia de S1  N(S2/S1) = N2 - N1
El conjunto de puntos comunes para N1 y N2 sería: N1·N2 y representa el solapamiento del nicho de ambas
especies.
OPERATIVIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
WHITTAKER, R.H., LEVINS, S.A. & ROOT, R.B. 1973. Niche, Hábitat, and Ecotope. Amer.Naturalist, 107(955), 321-338
Diferenciación de subespacios del nicho
Un análisis más amplio del concepto de nicho pone de manifiesto la necesidad de distinguir entre variables
que hacen referencia a recursos y variables que hacen referencia a condiciones ambientales.
El consumo de los recursos por parte de los
organismos sigue la Ley del Mínimo (Liebig, 1845)
y definen el espacio del nicho en el sentido que lo
utiliza Hutchinson. Mientras que la respuesta de
los organismos a las condiciones ambientales sigue
la ley de Tolerancia (Shelford, 1913) y definen el
espacio del hábitat.
Si consideramos conjuntamente el espacio del
nicho y el espacio del hábitat respecto a la
respuesta de una especie, se obtiene como
resultado un nuevo espacio que se denomina
ecotopo.
El ecotopo representa el nicho de una especie en diferentes condiciones de hábitat.
La robustez de este concepto reside en que permite analizar independientemente cada uno de sus
componentes, propiciando un nuevo marco de referencia para el estudio de la distribución de los organismos.
OPERATIVIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
WHITTAKER, R.H. 1967.Gradient Analysis of Vegetation. Biol. Rev., 42, 229
Análisis directo de gradientes
El análisis de la distribución de los organismos a lo largo de gradientes
ambientales se fundamenta en el concepto de ecotopo.
El método consiste en tomar muestras a lo largo de un gradiente ambiental y
calcular la probabilidad de encontrar la especie en cada uno de los rangos
definidos a lo largo del gradiente considerado.
9
8
Unidades de
muestreo
7
6
5
4
3
La representación gráfica de estas probabilidades permite describir la
respuesta de las especies a los cambios que se producen en las condiciones
ambientales a lo largo del gradiente.
Frij : Nº muestras con la especie i en la categoría j
mj : Nº total de muestras en la categoría j
Esp.2
Esp.1
Esp.4
Frij
mj
Esp.3
Altitud
2
RANGO
1
ALTITUD
0 - 200 P 11
200 - 400 P 21
400 - 600
600 - 800
800 - 1000
j
1000 - 1200
1200 - 1400
1400 - 1600
1600 - 1800
1800 - 2000
2000 -->
1
ESPECIES
2
3
i
P 12
P 13
Frij
P ij
mj
4
P 14
OPERATIVIZACIÓN DEL CONCEPTO DE NICHO
Austin, M.P., et al. 1984. New approaches to direct gradient analysis using environmental scalar and statistical
curve-fitting procedures. Vegetatio 55:11-27
Análisis directo de gradientes
Mientras que Whittaker considera gradientes complejos (ALTITUD) que integran información sobre varias
variables ambientales simples, Austin realiza el mismo tipo de análisis pero considerando
independientemente cada variable ambiental (TEMPERATURA y PRECIPITACIÓN). Esta aproximación
permite ver directamente el efecto de cada variable y permite comparar estudios realizados en distintas áreas
geográficas.
Se considera que la distribución de probabilidades de una especie respecto a un gradiente ambiental se
aproxima a una distribución normal.
Frec. Obsv.
Dist. Normal
70%
Euphorbia obstusifolia
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
25
26
27
28
Temperatura media de julio de las máximas diarias
29
RESPUESTA DE LOS ORGANISMOS A LOS RECURSOS
Liebig, 1845: Ley del mínimo
Un recurso es todo aquello que puede ser consumido por los organismos contribuyendo al
mantenimiento de las poblaciones. Los recursos representan cantidades que pueden ser reducidas
a causa de la actividad de los organismos. Pero consumido no significa solamente comido o
incorporado a su biomasa, sino a todo aquello que al ser usado por un individuo deja de estar
disponible para el resto de los individuos.
El consumo de los recursos por parte de los
organismos sigue la Ley del Mínimo,
formulada por Liebig en 1845 como una de las
conclusiones de sus estudios sobre la nutrición
de las plantas: “Si algún elemento químico falta
totalmente o se encuentra en una cantidad
inferior a la necesaria impide que las demás
combinaciones de elementos produzcan su
efecto o, por lo menos, disminuye su acción
nutritiva”.
BIOMASA
RECURSOS
RESPUESTA DE LOS ORGANISMOS A LAS CONDICIONES AMBIENTALES
Shelford, 1913: Ley de tolerancia
Se trata fundamentalmente de factores físico-químicos (climáticos, edáficos) que influyen en el
rendimiento de los organismos y limitan la distribución de sus poblaciones. A diferencia de los
recursos, las condiciones ambientales no son consumidas ni agotadas por los organismos, pero si
pueden ser modificadas por su presencia. La respuesta de los organismos a las condiciones
ambientales sigue la ley de Tolerancia (Shelford, 1913).
Límites de tolerancia
Óptimo
Rendimiento de un organismo
De una forma general, viene a decir que existe una
relación entre la intensidad de una condición
ambiental y las actividades que puede realizar un
organismo relacionadas con la reproducción, el
crecimiento o la supervivencia. Conforme la
intensidad de una condición ambiental se aleja del
centro del intervalo (óptimo), el organismo tiene
menos posibilidades de reproducirse, de crecer y, si
nos acercamos al extremo del intervalo, de
sobrevivir (límites de tolerancia).
Reproducción
Crecimiento
individual
Supervivencia
individual
R
C
S
R
C
S
Intensidad de la condición
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