Tema de hoy: Condiciones y recursos Condiciones y recursos. Definiciones Características de las condiciones y recursos Rangos de tolerancia y nicho ecológico Respuestas frente a la intensidad de las condiciones Nicho ecológico y rango de distribución. Modelos de nicho Efectos de las condiciones según la distribución temporal y duración. Distintos tipos de respuestas frente a condiciones extremas Mecanismos de respuestas frente a las condiciones Aplicaciones del conocimiento de las condiciones Isoclinas de crecimiento según recursos limitantes Tipos de recursos. Interacciones entre ellos

ECOLOGIA: INTERRELACIÓN DE LOS ORGANISMOS CON SU MEDIO. Medio ambiente alimentos humedad Individuo temperatura luz refugios Otros individuos Condiciones: características físico químicas del ambiente que determinan donde puede vivir un individuo: sobrevivir, crecer o reproducirse Recursos: son las cosas que los organismos consumen para poder sobrevivir, crecer o reproducirse. El uso por un organismo los hace indisponibles para los otros.

Condiciones: factores del medio ambiente que influyen el desenvolvimiento de los individuos No son consumidas. Pueden ser modificadas por los organismos Temperatura, pH, salinidad La temperatura de la colmena aumenta por movimiento de abejas La aireación y compactación del suelo cambian por pisoteo del ganado Aireación del suelo cambia por actividad de lombrices Condiciones de insolación cambian por árboles El pH del agua o el suelo es modificado por desechos de organismos

Recursos: son las cosas que los organismos consumen para poder sobrevivir, crecer o reproducirse Proveen energía para las funciones vitales. Proveen materiales para construir las estructuras de los seres vivos. Satisfacen otras necesidades, como refugios, sitios de nidificación Son consumidos, o el ser utilizados por un individuo los hace indisponibles, al menos temporalmente, para otros individuos Se caracterizan por su abundancia y disponibilidad Pueden generar competencia

¿Condición o recurso? Pasto, árbol, aire, vacas, luz Árboles, sombra, viento, tierra volando

Interacción de los individuos con el medio Condición ambiental Medio interno Barrera cte Puede fluctuar Homeostasis: Mantenimiento de un medio interno constante. Monitoreo Regulación

El control del medio interno varía según los organismos unicelulares Mamíferos, aves Insectos, anfibios, reptiles Independencia del medio externo < > Constancia del medio interno La necesidad de mantener un medio interno constante influye sobre las condiciones y recursos que permiten sobrevivir

Nicho ecológico y rangos de tolerancia Rango de tolerancia: rango de intensidades de una condición o tipos y disponibilidades de un recurso donde los individuos de una especie pueden al menos sobrevivir Nicho ecológico de la especie según Hutchinson: rangos de las condiciones y recursos, ESPACIO MULTIDIMENSIONAL donde se puede mantener una población viable + frío + cálido Rango de tolerancia Nicho ecológico + húmedo + seco Rango de tolerancia

Concepciones anteriores del nicho ecológico Hábitat de la especie (Elton 1927) Función o papel que cumple en el ecosistema (Grinnell 1917)

Se asume que las distintas dimensiones del nicho son independientes La interacción con otros individuos afecta el uso de los recursos y el espacio (con las condiciones asociadas) Una especie puede utilizar un rango más amplio de condiciones y recursos cuando está sola que en presencia de competidores o depredadores Nicho pre interactivo > Nicho post interactivo Alimento Agua Refugios Se asume que las distintas dimensiones del nicho son independientes

Problemas del Nicho Hutchinsoniano 1- Supone que todos los puntos dentro del hipervolumen tienen la misma probabilidad de supervivencia de la especie 2-No todas las combinaciones de factores ambientales son posibles, el nicho entonces es menor que el definido por el hiperespacio 3- El nicho fundamental está definido según todas las variables abióticas y bióticas, pero el realizado se basa principalmente en relaciones de competencia. (Algunos autores incluyen en el realizado el efecto de la depredación y otras interacciones)

Ampliando la visión de nicho de Hutchinson - ¿Qué pasa con el nicho post interactivo respecto al fundamental pre interactivo si las interacciones entre especies son positivas? Agua Nitrógeno Nicho realizado Nicho fundamental Ejemplo: asociación de plantas con bacterias fijadoras de nitrógeno les permite vivir en suelos pobres en nitrógeno, en ausencia de bacterias tendrían nicho más chico Nicho fundamental: Donde podría existir Nicho realizado: donde realmente existe

Dentro del espacio del nicho hay valores que son más favorables que otros para el desempeño de los individuos de la especie Crecimiento + frío + cálido Reproducción Supervivencia + húmedo + seco

Respuesta de los individuos a distintas intensidades de una condición El óptimo se encuentra en valores intermedios Desenvolvimiento de los individuos Por ejemplo, la respuesta frente a la temperatura y al pH es de este tipo. Reproducción Crecimiento Supervivencia Intensidad de la condición

Intensidad de la condición Desenvolvimiento de los individuos R C S Intensidad de la condición Existen concentraciones máximas de As en agua a partir de las cuales se afecta el desenvolvimiento yla supervivencia de distintas especies. El óptimo se encuentra a intensidades mínimas Sustancias tóxicas

El óptimo se encuentra a bajas intensidades de la condición Desenvolvimiento de los individuos Intensidad de la condición Metales pesados como Cu, Fe. Son necesarios en pequeñas cantidades (micronutrientes) En altas concentraciones son tóxicos

El nicho de una especie determina donde va a estar presente A gran escala: Distribución geográfica A escalas menores: Uso de hábitat La especie se distribuye desde el sur este de Venezuela hasta la Provincia de Entre Ríos en Argentina. Utiliza ambientes anegables con alta cobertura vegetal. Se alimenta de insectos y pequeños invertebrados

¿Cómo podemos conocer el nicho de una especie? ¿Por su distribución? ¿Por su fisiología? ¿Por su comportamiento? Biodiversity Informatics, 3, 2006, pp. 59-72 USES AND REQUIREMENTS OF ECOLOGICAL NICHE MODELS AND RELATED DISTRIBUTIONAL MODELS A. TOWNSEND PETERSON Natural History Museum, The University of Kansas, Lawrence, Kansas 66045 USA E-mail town@ku.edu Abstract.—Modeling approaches that relate known occurrences of species to landscape features to discover ecological properties and predict geographic occurrences have seen extensive recent application in ecology, systematics, and conservation. A key component in this process is estimation or characterization of species’ distributions in ecological space, which can then be useful in understanding their potential distributions in geographic space. Hence, this process is often termed ecological niche modeling or (less boldly) species distribution modeling. Applications of this approach vary widely in their aims, products, and requirements; this variety is reviewed herein, examples are provided, and differences in data needs and possible interpretations are discussed.

EFECTOS DE LAS CONDICIONES Distribución en tiempo Dependen Intensidad Duración Del organismo No es lo mismo un día frío que una semana continua. No son lo mismo dos horas diarias de frío, que 20 horas de frío ¿Por qué? Generan respuestas que tienen un costo Generan respuestas que pueden ayudar a sobrevivir

Germinación de plantas Lluvias Las condiciones pueden actuar como ESTÍMULO o INDICADORES de cambios que se avecinan en el ambiente. Acortamiento de días Migración de aves Germinación de plantas Lluvias temperatura Floración Las condiciones pueden afectar las relaciones entre individuos: si un individuo se encuentra en su óptimo, va a tener ventaja sobre otro que esté en el límite de su rango de tolerancia Especie A Especie B desenvolvimiento Intensidad de la condición

Gran parte de los ambientes ocupados por los organismos presentan condiciones desfavorables o escasez de recursos en algún momento ¿Cómo responden los organismos para pasar estas etapas y lograr llegar a momentos mejores?

Respuestas de los organismos frente a condiciones adversas o variaciones en recursos TOLERANCIA: el organismo se mantiene reduciendo los niveles metabólicos. Coníferas del hemisferio norte. Reducen la fotosíntesis en invierno, pero no la suspenden del todo. Los mamíferos interrumpen la reproducción y su actividad. Las respuestas de plantas son frente a la escasez de un recurso, la luz, y a condiciones desfavorables de temperatura Los mamíferos responden a la temperatura y a la escasez de alimento

¿Qué significa extremo? ESPECIALIZACIÓN: Existen adaptaciones particulares. bacterias termófilas peces de agua salada roedores de salinas plantas de desiertos ¿Qué significa extremo? EVITAMIENTO: Los organismos evitan determinadas condiciones, a través de la migración, de pasar las etapas desfavorables en forma de semillas o formas de resistencia. Aves migradoras Plantas anuales Formas de resistencia: huevos, pupas, esporas

Las respuestas adaptativas de los organismos frente a las condiciones y recursos ambientales pueden ser de distintos tipos: FISIOLÓGICAS, MORFOLÓGICAS, COMPORTAMENTALES Funcionamiento de riñones Uso de agua metabólica Fisiológicas Grasa parda Mecanismos contra corriente Hibernación y torpor

Variación de la temperatura corporal en animales que hibernan Flujo contracorriente Figura: Townsend, Harper, Begon. 2000. Essentials of Ecology. Blackwell Science Variación de la temperatura corporal en animales que hibernan

Adaptaciones Morfológicas Pelaje > S/V < S/V Depósitos de grasa Temperatura Forma corporal Tamaño corporal Tamaño extremidades Forma de hojas Agua Luz Tamaño de hojas Luz Sombra

Adaptaciones Morfológicas Regla de Bergmann: Tamaño corporal aumenta en especies o géneros de temperaturas más frías Variación de tamaños de especies de pingüinos según la latitud >latitud, < temperatura < latitud, >temperatura >Tamaño implica menor relación superficie/volumen > Tamaño implica menor superficie de pérdida de calor en relación al producido

Adaptaciones Morfológicas Regla de Allen: Tamaño de extremidades se achica en especies o géneros de temperaturas más frías

Respuestas comportamentales Comportamiento social Uso de cuevas Asolearse Movimientos Migraciones

Lagartija carpetana. Vive en zonas montañosas de España La temperatura corporal media es de 29,4 ºC La velocidad de carrera se maximiza a 34,5 ºC Usa heliotermia y tigmotermia para mantener la temperatura Cambia de posición para aumentar la incidencia de los rayos solares

El conocimiento del efecto de las condiciones ambientales sobre distintos tipos de organismos ha permitido al hombre: Definir tierras aptas para cultivo. Por ej: Mapas del INTA de acuerdo a precipitación y temperatura Manejar tiempos de producción. Ej: floricultura Generar condiciones de cría o cultivo. Ej: invernáculos Elaborar mapas de riesgo de transmisión de enfermedades. Ej: para dengue, Chagas, hantavirus

Relación entre el tiempo de desarrollo de los estadios inmaduros del mosquito Ochlerotatus albifasciatus y la temperatura Grupo de Estudio de Mosquitos. Depto EGE. FCEN. UBA

Condiciones de temperatura aptas para A. aegypti T·mínima>0·C T máxima<40·C T media diaria =20·C Tesis Licenciatura en Ciencias Biológicas. A. Carbajo

Altura, demografía y distribución de A. aegypti Demografía: >10 hab/km2 Altura <3000 m Tesis Licenciatura en Ciencias Biológicas. A. Carbajo

Mapa de ocurrencia de casos de hantavirus de acuerdo a características ambientales favorables al reservorio (roedor) y población humana P(caso)= f(x1, x2…xn) Carbajo et al 2008

Isoclina para nitrógeno Crecimiento en función de recursos limitantes Isoclina para agua Zona de decrecimiento por falta de agua Nitrógeno Isoclina para nitrógeno Zona de decrecimiento por falta de ambos Zona de decrecimiento por falta de nitrógeno Agua Isoclinas de equilibrio: puntos de crecimiento 0

R2 R1 Interacción recurso- organismo Punto de oferta Vector consumo Vector de renovación Vector renovación Vector de consumo R1 Vector de renovación Vector de consumo

Dos recursos limitan el crecimiento de una especie La especie está más limitada por RB RA Punto de oferta Consumo Renovación 1 La especie requiere más RA 2 La especie está más limitada por RA isoclina Renovación RB Consumo

R2 R1 ¿Cuál de los recursos se requiere más para crecer? R1 ¿Cuál de los recursos es más limitante de acuerdo al punto de oferta? R2 R2 Punto de oferta R1

R2 R1 ¿Cuál de los recursos se requiere más para crecer? R2 ¿Cuál de los recursos es más limitante de acuerdo al punto de oferta? R2 R2 Punto de oferta R1

Interacciones entre recursos Recursos Esenciales: la presencia de uno no influye sobre la necesidad del otro, ambos son necesarios R1 R2 Las plantas necesitan Carbono y Nitrógeno Animales necesitan Oxígeno y Hierro El crecimiento depende de cada uno en forma independiente

Interacciones entre recursos Recursos Esenciales: la presencia de uno no influye sobre la necesidad del otro, ambos son necesarios R1 R2 Hay crecimiento Isoclina de crecimiento 0 No hay crecimiento No hay crecimiento Recursos Perfectamente Sustituibles: se sustituyen exactamente R1 R2 Hay crecimiento Isoclina de crecimiento 0 No hay crecimiento

Recursos Perfectamente Sustituibles: se sustituyen exactamente Sólo R2 R1+R2 Sólo R1 Un recurso puede reemplazar al otro No necesariamente son iguales Trigo o avena para pollos Si se consumen juntos es necesaria menor cantidad de cada uno Carne de cebra o antílope para león

Recursos sustituibles complementarios: necesita menor cantidad total si se consumen a la vez Para alcanzar el crecimiento si se consumen juntos los dos recursos es necesaria menor cantidad de cada uno y menor cantidad total Humanos alimentándose de arvejas y arroz que proveen distintos aminoácidos

Tóxicos que actúan en forma sinérgica. Recursos antagonistas: cuando son consumidos juntos se requiere una cantidad total mayor para poder crecer R2 5 Zona de crecimiento 5<(4+3) 3 4 5 2 R1 Tóxicos que actúan en forma sinérgica. Si se consumen por separado no producen efecto tóxico Al consumirse juntos la cantidad de cada uno necesaria para el crecimiento es menor pero la cantidad total necesaria es mayor que si se consumen por separado

Desenvolvimiento de los individuos Inhibición: los recursos se vuelven inhibidores del crecimiento a altas concentraciones No C No C R1 R2 No C C No C No C Desenvolvimiento de los individuos Micronutrientes que a altas concentraciones son tóxicos R