Modelos de dinámica de dos poblaciones:...

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Las relaciones interespecıficasLa compentencia

Experimentos y competencia

Modelos de dinamica de dos poblaciones:

competencia

Jose Antonio Palazon Ferrandopalazon@um.es

http://fobos.bio.um.es/palazon

Departamento de Ecologıa e HidrologıaUniversidad de Murcia

Ecologia (8B5), 2005–06

J.A. Palazon Relaciones interespecificas

Las relaciones interespecıficasLa compentencia

Experimentos y competencia

1 Las relaciones interespecıficas

2 La compentenciaCompetencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

3 Experimentos y competenciaExperimentos de sustitucion

J.A. Palazon Relaciones interespecificas

Las relaciones interespecıficasLa compentencia

Experimentos y competencia

interaccionsin con

A B A B Tipo

Relacion facultativa

0 0 0 0 Neutralismo0 0 – – Competencia0 0 – 0 Telotoxia (Inhibicion)

0 0 + + Protocooperacion

Obligatoria para unaespecie

0 – 0 + Comensalismo– +(0) + – Parasitismo

Obligatoria para las dosespecies

– – + + Simbiosis

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Dos poblaciones y un recurso escaso

Una poblacion y un recurso escaso: una capacidad decarga

Dos poblaciones: ¿dos capacidades de carga?

El resultado de la competencia: ¿exclusion competitiva deuna de las dos poblaciones?

¿Que papel juegan las tasas reproductivas y los tamanosiniciales de las poblaciones?

¿Como expresar el efecto de la competencia?

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Formalizando ...

Si consideramos un sistema binario, con dos especies (A yB), que compiten por un recurso escaso la dinamica puededescribirse, con un modelo discreto, de la siguiente forma:

At+1 = At +∆A

∆t

Bt+1 = Bt +∆B

∆t

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Competencia intraespecıfica

En el aumento de las dos poblaciones se ha de considerarun termino de competencia intraespecıfica:

Ra

(1− A

Ka

)Rb

(1− B

Kb

)donde Ra, Ka, Rb y Kb hacen referencia al tasa decrecimiento y la capacidad de carga de las especies A y B.

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Una sola poblacion ...

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Haciendo hueco ...

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

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Resumiendo ...

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Competencia interespecıfica

Es posible cosiderar el efecto derivado de la presencia deuna poblacion competidora anadiendo un sumando:

Eab B Eba A

Para las ecuaciones de Lotka–Volterra el efecto depresorde una especie se expresa como la “proporcion deindividuo” de la poblacion competidora que “sustituye” aun individuo.

Eab =eab

KaRa Eba =

eba

KbRb

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

La produccion per capita

Podemos escribir (y de forma equivalente podrıamoshacerlo para la especie B):

∆A

A∆t= Comp. intraespecıfica + Comp. interespecıfica

∆A

A∆t= Ra

(1− At

Ka

)− Ra

eab

KaBt =

Ra

(1− At

Ka

)− Ra

eab Bt

Ka= Ra

(1− At + eab Bt

Ka

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Ecuaciones para el modelo discreto de

competencia entre dos especies (Lotka-Volterra):

At+1 = At + At Ra

(1− At + eab Bt

Ka

)

Bt+1 = Bt + Bt Rb

(1− Bt + eba At

Kb

)

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Ecuaciones para el modelo continuo de

competencia entre dos especies (Lotka-Volterra):

dN1

dt=

r1N1

K1(K1 − N1 − α12N2)

dN1

dt= r1N1

(1− N1 − α12N2

K1

)dN2

dt= r2N2

(1− N2 − α21N1

K2

)

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Ecuaciones para el modelo continuo de

competencia entre dos especies (Lotka-Volterra):

dN1

dt=

r1N1

K1(K1 − N1 − α12N2)

dN1

dt= r1N1

(1− N1 − α12N2

K1

)dN2

dt= r2N2

(1− N2 − α21N1

K2

)

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Ejemplo de calculo (modelo de competencia)

Considerando dos poblaciones, que compiten por un recursoescaso, con condiciones iniciales:

Especie Pob. inicial K R eA 4 100 1.2 2.0B 4 200 2.1 0.8

para las cinco generaciones siguientes la variacion deabundancia es:

t 0 1 2 3 4 5A 4.00 8.22 14.89 17.55 0.00 0.00B 4.00 12.10 35.13 91.55 182.31 216.18

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Ejemplo de calculo (modelo de competencia)

Considerando dos poblaciones, que compiten por un recursoescaso, con condiciones iniciales:

Especie Pob. inicial K R eA 4 100 1.2 2.0B 4 200 2.1 0.8

para las cinco generaciones siguientes la variacion deabundancia es:

t 0 1 2 3 4 5A 4.00 8.22 14.89 17.55 0.00 0.00B 4.00 12.10 35.13 91.55 182.31 216.18

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Crecimiento en el tiempo

0 5 10 15 20 25

050

100

150

200

A0= 4 ; Ra= 1 ; Ka= 100 ; eab= 2 B0= 4 ; Rb= 1 ; Kb= 200 ; eba= 0.8

t

A B

0 5 10 15 20 250

5010

015

020

0

A0= 4 ; Ra= 2.1 ; Ka= 100 ; eab= 2 B0= 4 ; Rb= 1 ; Kb= 200 ; eba= 0.8

t

A B

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Crecimiento en el tiempo

0 5 10 15 20 25

050

100

150

200

A0= 4 ; Ra= 1 ; Ka= 200 ; eab= 2 B0= 4 ; Rb= 1 ; Kb= 200 ; eba= 0.8

t

A B

0 5 10 15 20 250

2040

6080

100

120

A0= 4 ; Ra= 1 ; Ka= 200 ; eab= 2 B0= 4 ; Rb= 1 ; Kb= 130 ; eba= 0.8

t

A B

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Crecimiento en el tiempo

0 5 10 15 20 25

050

100

150

200

A0= 4 ; Ra= 1.2 ; Ka= 100 ; eab= 2 B0= 4 ; Rb= 2.1 ; Kb= 200 ; eba= 0.8

t

A B

0 5 10 15 20 250

5010

015

020

0

A0= 50 ; Ra= 1.2 ; Ka= 100 ; eab= 2 B0= 4 ; Rb= 2.1 ; Kb= 200 ; eba= 0.8

t

A B

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Crecimiento en el tiempo

0 5 10 15 20 25

020

4060

80

A0= 4 ; Ra= 1.2 ; Ka= 100 ; eab= 0.5 B0= 4 ; Rb= 1 ; Kb= 100 ; eba= 0.8

t

A B

0 5 10 15 20 250

2040

6080

A0= 4 ; Ra= 1.2 ; Ka= 100 ; eab= 0.5 B0= 40 ; Rb= 1 ; Kb= 100 ; eba= 0.8

t

A B

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Espacio de fases: dos especies frente a frente

¿Que representamos?

Orbitas

Puntos singulares: Ka, Kb,Ka

eaby Kb

eba

Isoclinas

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

¿Que vemos en el espacio de fases?

Puntos de equilibrio

indiferenteestableinestable (puntos en ensilladura)

Atractores

Atractor: region del espacio de fases que atrapa la orbitade un sistema produciendose una situacion caotica.

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Vectores de crecimiento de ambas especies

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Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Resultante de la interaccion

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Experimentos y competencia

Competencia por un recurso escasoFactores que limitan el crecimientoEl crecimiento en competenciaEl espacio de fase

Competencia: ¡cuatro resultados posibles!

Ka >Kb

eba

Ka <Kb

eba

Kb <Ka

eab

B

Kb >Ka

eab

A

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Experimentos y competenciaExperimentos de sustitucion

Baja densidad

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Experimentos y competenciaExperimentos de sustitucion

Alta densidad

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