la Biodiversidad

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 Eukarya (Dominio) Animalia (Reino) Arthropoda (phylum) Uniramia (subphylum) Insecta (clase) Diptera (familia) Drosophila (género) melanogaster (especie) • Papeles funcionales similares en un ecosistema 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 BETA: cambio de composición específica a lo largo de un gradiente ambiental o geográfico. HETEROGENEIDAD (DIVERSIDAD) DE HÁBITATS GAMMA: riqueza específica de una región o continente INDICES DE DIVERSIDAD RIQUEZA ESPECÍFICA CURVAS ESPECIES-ÁREA GAMMA/ALFA 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? 2. ¿Es la biodiversidad un epifenómeno pasivo consecuencia de la historia, azar, clima, geografía y evolución? O, ¿es la biodiversidad un agente activo en los procesos ambientales? S = f(R), ó S = f(FA, R) S = f(FA, FB, R) FA, FB = f(S, R) S= especies FA= factores abióticos FB= factores bióticos R= factores aleatorios ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC 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)? 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 Composición de la comunidad 3. Distribución y abundancia dentro de una comunidad local: Estructura de la comunidad (predación, competencia, …) 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 FA = evapotranspiración potencial S = f (FA) 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) Redundancia Función del ecosistema “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 Resultados del experimento BioCON Change in biomass (g/m2) [response to elevated CO2 and/or N] compared to ambient CO2 and ambient N +34% +36% combined elevated CO2 and N addition effect 400 350 300 250 150 200 100 50 0 +18% +22% +18% +25% elevated CO2 effect (ambient N) N addition effect (ambient CO2) +7% +10% 1 4 9 16 1 4 9 16 Number of species +2% http://www.lter.umn.edu/biocon/ ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC +17% +15% +11% 1 4 9 16 Reich et al. 2001 Nature 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 ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC Issues in Ecology 4 (Ecological Society of America) 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) ZOOLOGÍA, FACULTAD DE CIENCIAS, UDC Issues in Ecology 4 (Ecological Society of America)