Tema 47Ecologia. Poblacions, comunitats i

ecosistemes. Dinàmica de les poblacions. Interaccions en

l’ecosistema. Relacions intra i interespecífiques.

1. Introducció.•Naixement de l’ecologia. Haeckel i Warming.• Parts de l’ecologia: autoecologia, dinàmica de poblacions i sinecologia.

2. Autoecologia• Factors limitants. València ecològica: espècies eurioiques i estenoiques.• Factors climàtics: temperatura, llum (energia, angle d’incidència, estratificació en l’aigua, durada diària, models de coloració), humitat.• Factors físics no climàtics; concentració d’oxigen, sals, pressió.

3. Dinàmica de poblacions.•Magnitud de la població. Taxes de natalitat i mortalitat: estratègies de la r i de la k. Taxes d’immigració i emigració. Taxa de creixement. Creixement exponencial i sigmoïdal. Resistència ambiental.• Fluctuacions. Extincions. Distribució d’edats a la població.

4. Sinecologia.•Relacions intraespecífiques: competència intraespecífica, associacions familiars, gregàries, colonials i estatals.•Relacions interespecífiques: competència interespecífica, depredació, comensalisme, mutualisme, parasitisme, inquilinisme, simbiosi, tanatocresi i forèsia.

Ecologia

Del grec oikos = lloc de residència i logos = ciència

Ernst Haeckel (1869) Eugenius Warming (1895)

ECOLOGIABranca de la biologia que

estudia les condicions d’existència dels éssers

vius i totes les interaccions que hi ha

tant entre els éssers vius com entre aquests i el medi físic on habiten.

AutoecologiaEstudia les interaccions d’una sola

espècie amb el medi físic. Els diferents límits de tolerància d’una espècie als canvis de determinats

factors del medi es poden determinar al laboratori, i els

resultats poden tenir una aplicació pràctica.

Dinàmica de poblacionsEstudia i descriu les variacions del nombre d’individus d’una espècie i

en cerca les causes.

SinecologiaAnalitza les relacions existents

entre individus d’especies diferents i entre aquests i el medi. És una de

les parts més complexes de l’ecologia a causa del gran nombre d’interaccions que hi ha entre els organismes en un medi natural.

Els organismes vius estan immersos en un entorn que, poc o molt, va canviant de característiques. Els elements del medi que quan canvien influeixen directament sobre els éssers vius s’anomenen factors ecològics, i tenen una gran influència sobre fenòmens

com el repartiment geogràfic de les diferents especies, la natalitat, la mortalitat, les migracions, l’aparició de modificacions

adaptatives, etc.

Autoecologia

Totes les especies estan capacitades per suportar variacions de les

característiques de l’ambient, però hi ha un marge de tolerància, per

damunt o per sota del qual l'espècie no pot sobreviure. Quan un aspecte determinat del medi aconsegueix

valors que cauen més enllà dels límits de tolerància d’una espècie, actua

com a factor limitant per a la supervivència d’aquesta espècie.

Amb l'estudi de la resposta de les diferents especies als

canvis del seu entorn sorgeix el concepte de

valència ecològica, que és la capacitat d’una

espècie d’habitar diferents medis, sotmesos a

modificacions més o menys importants dels seus factors

ecològics.

Euroica

Estenoica

Temperatura

Termòfils.

Criòfils

Chlamydomonas nivalis

Thermophilus aquaticus

Segons el seu comportament respecte de la temperatura, els organismes es

classifiquen en:

• Estenoterms. Suporten un marge de temperatura estret (organismes de medis molt estables climàticament,

com, per exemple, les selves tropicals)• Euriterms. Resisteixen àmplies

diferencies de temperatura. La majoria d’organismes que habiten les regions

temperades, amb grans variacions estacionals de temperatura, són

euriterms.

La temperatura també sembla influir en les dimensions dels

organismes. S’ha observat que cèl·lules iguals són més petites si es cultiven a temperatures

altes que si es cultiven a temperatures baixes,

probablement perquè en aquest últim cas el procés de divisió es retarda i les cèl·lules tenen uns

períodes G1 i G2 més llargs.

En els organismes pluricel·lulars, amb algunes excepcions, sembla que passa el mateix. Individus de la mateixa espècie tenen dimensions més grans en ambients més freds, encara que l’explicació, en aquest cas, l’hauríem de buscar en el fet que, en augmentar la relació volum/superfície, augmenta la

relació calor produït/calor dissipat.

En els animals homeoterms les

dimensions de les extremitats (orelles, cua, potes, etc.) es troben en

relació directa amb la temperatura i són, per

tant, petites en els ambients freds i més grans en els ambients

càlids.

Llum

L’arribada d’energia lumínica als organismes fotosintetitzadors és fonamental per al manteniment de la vida a la Terra. La

intensitat amb la qual la llum arriba als diferents medis influeix en el comportament de molts organismes. Per exemple, hi ha plantes

heliòfiles, que prefereixen llocs assolellats per créixer, i altres d’esciòfiles, que escullen zones ombrívoles. D’altra banda, hi ha

determinats moviments que les plantes i els animals fan guiats per les diferencies d’intensitat lumínica (fototropisme).

La durada diària de la il·luminació solar, que està en relació amb la latitud, sincronitza el ritme biològic intern de molts organismes. A

les latituds mitjanes i altes, la durada del dia, juntament amb la temperatura, indica a les plantes quan ha de començar la floració, o la

caiguda de les fulles, en el cas dels arbres caducifolis.

Els animals presenten diferents tipus de fotoreceptors (ulls dels vertebrats, ocels en diversos invertebrats, ulls compostos, etc.) i de pigments en relació amb les diferents intensitats lluminoses i, fins i

tot, amb la longitud d’ona (per exemple, els insectes detecten longitud d’ones imperceptibles per els humans).

Models de coloració

críptica

aposemàtica

mimètica o batesiana

Humitat relativa

És la relació, expressada en percentatge, entre la quantitat

de vapor d’aigua present a l’aire a una temperatura

determinada i la quantitat màxima que podria tenir en

aquesta mateixa temperatura. Indica, per tant, el volum

d’aigua que pot absorbir una massa d’aire en un moment

determinat, que, evidentment, influeix en el grau de

transpiració dels organismes.

100)(

tHsHa

Hr

Higròfils Hidròfits Xeròfits

Limitar l’evaporació superficial: aparició d’una cutícula impermeable, quitina o cera, mucositats dels cargols, presència

de plomes i pèl.

Evitar la pèrdua d’aigua per respiració: les superfícies respiratòries se situen a l’interior del cos (pulmons).

Protecció del mecanisme reproductor: fecundació interna; desenvolupament de l’embrió a l’interior d’un ou amb closca

impermeable o a l’interior del cos matern.

Modificació de l’aparell excretor per a minimitzar la pèrdua d’aigua: aparició de la nansa de Henle en els nefrons del

vertebrats aeris; producció d’excrecions sòlides en vertebrats adaptats a ambients molt secs (rèptils del desert).

Concentració d’oxigen

És un factor de limitació a molts medis aquàtics. Les aigües fredes

tenen tendència a estar més oxigenades que les càlides perquè la solubilitat dels gasos a l’aigua depèn de la temperatura. D’altra banda, al

fons dels llacs i els mars tancats, acostuma a haver-hi condicions

anaeròbies, és a dir, que són típicament pobres en oxigen, i per tant de difícil colonització per als

organismes superiors.

Salinitat

aigües dolces

aigües salabroses

aigües marines.

Homeosmòtics Poiquilosmòtics

Pressió

Dinàmica de poblacions

POBLACIÓNombre total d’individus d’una mateixa espècie que ocupa

una àrea determinada durant un període definit de temps. En tot cas, una població representa una part més o menys important del conjunt total d’individus que formen una

espècie.

Nombre total d’individus (N). A la pràctica, delimitar una població natural i comptar el nombre total d’individus que la componen sol ser bastant

difícil.

DensitatNombre d’individus per unitat de superfície (o de volum, als medis aquàtics). És un paràmetre més fàcil de mesurar al camp que l’anterior, ja que l’investigador pot escollir la superfície (o el volum) que li convingui. A partir de la

densitat es pot estimar el nombre total d’individus de la població, si coneixem l'àrea total de la seva distribució i si

aquesta és homogènia.

Magnitud de la població

Taxa de natalitat

Nombre de naixements per unitat de temps.

B = b · N

Taxa de mortalitat

Nombre d’individus de la població que moren per unitat de temps.

M = m · N

Taxes d’emigració i immigració

Reflecteixen, respectivament, el nombre d’individus que abandonen la població i el nombre d’individus que hi

ingressen procedents d’altres poblacions, en un període de temps determinat.

E = e · N

I = i · N

Variació del nombre d’individus en el temps

DN/Dt = B - M + I - E = (b · N) - (m · N) + (i · N) - (e · N)

Taxa de creixement

DN/Dt = B - M = (b · N)-(m · N)=(b-m) · N

b - m = r

DN / Dt = r · N

r: taxa de creixement o potencial biòtic de la població. Representa l’augment o la disminució del

nombre d’individus d’una població.

Creixement exponencial. Una població que tingués un creixement ajustat a l'última equació augmentaria de la manera que s’indica a

la gràfica adjunta. Aquest tipus de creixement s’anomena exponencial. La corba exponencial pressuposa un creixement

il·limitat de la població.

Creixement en corba sigmoïdal. En realitat el creixement d’una població s’assembla més a una corba de tipus sigmoïdal.

DN / Dt = r · N · (K - N/K)

K és el valor màxim que pot tenir N, i ve determinat per la màxima capacitat del medi per suportar la població.

Resistència ambiental. L’expressió K - N/K s’anomena factor de resistència

ambiental.

Quan el nombre d’individus N és petit, K - N/K té un valor pròxim a un, i la població creix de manera exponencial (correspon a la

primera part de la corba).

Quan N augmenta, K - N/K es va aproximant a zero, per la qual cosa, a la segona part de la corba o part asimptòtica, el

creixement es fa més lent fins que s’atura, quan el valor de N s’aproxima molt al de K.

La part exponencial de la corba sigmoïdal representa un tipus de creixement poblacional típic de la colonització d’un medi verge per un organisme. La part asimptòtica correspon, en canvi, al

període d’estabilització de la població.

Estratègies reproductores.

Espècies amb estratègia de la r: produeixen un gran nombre de

descendents, però com que tenen taxes de mortalitat juvenil molt elevades, les possibilitats que arribin a adults són petites. En

canvi, les poblacions són capaces de recuperar-se ràpidament a

partir de pocs individus supervivents.

Espècies amb estratègia de la K: tenen pocs descendents, però la majoria arriben a l'edat adulta i,

de mitjana, cada individu viu molts més anys que a les espècies anteriors. En cas d’una disminució dràstica del nombre d’individus, les poblacions es recuperen més

lentament.

Fluctuacions

En molts casos la realitat no s’ajusta exactament als models matemàtics vistos fins ara i es freqüent observar oscil·lacions

cícliques en el nombre d’individus.Quan les variacions a tots dos costats de la línia asimptòtica es reprodueixen cíclicament s’anomenen fluctuacions cícliques.

Extincions

Es produeix l'extinció d’una població quan el nombre d’individus decreix fins a zero. Les causes més freqüents són l'esgotament de

la capacitat de suport del medi o, en el cas de les poblacions sotmeses a explotació humana, la sobrexplotació.

Distribució d’edats

Sinecologia

Competència intraespecífica

Interacció entre individus de la mateixa espècie, provocada

per la necessitat comuna d’un recurs limitat, que condueix a

la reducció de la supervivència, del creixement i/o de la

reproducció dels individus competidors. A mesura que

augmenta el nombre d’individus la disponibilitat de

recursos és menor, pel que l’obtenció de la mateixa

quantitat de recursos requereix una major despesa energètica

que quan hi ha menys individus. Això es tradueix que l’individu, si és que sobreviu,

tindrà en definitiva menys energia per al seu desenvolupament i

reproducció.

Associacions familiars

Individus que es mantenen units per raó de parentiu. Les relacions fonamentals dintre d’elles són la reproducció i la

cura de la prole. El model més senzill, és la família parental monògama que consta d’una

parella d’individus reproductors de diferent sexe i la seva

descendència (àguiles, llops, coloms). Altres tipus de

poblacions familiars són la parental polígama, formada pel mascle, diverses femelles i la

prole (cérvols, goril·les, gallines); la poliàndrica,

formada per una femella i diversos mascles (aufrany); la

matriarcal, integrada per la femella i la prole (aràcnids, escorpins, rosegadors,...), la filial, integrada només per la

prole (peixos), etc.

Associacions gregàries

Formades per individus entre els quals no existeix

necessàriament relació de parentiu. Les principals

condicions que es donen entre elles són la protecció mútua enfront dels depredadors,

l’orientació en les migracions i la recerca d’aliment. Són

exemples d’aquest tipus de poblacions els estols d’aus

(estornells, orenetes), els bancs de peixos (sardines, tonyines, etc.), els ramats de mamífers

(herbívors), etc.

Associacions estatals

Integrades per individus agrupats en castes entre les quals existeix una divisió del

treball, que implica una diferenciació anatòmica: així

uns s’encarreguen de la defensa, altres de la recerca de

l’aliment i altres de la reproducció. Un individu aïllat

de la resta de la població no pot sobreviure. Formen aquest tipus

de poblacions els insectes socials (formigues, abelles,

tèrmits, etc.).

Associacions familiars

Individus que es mantenen units per raó de parentiu. Les relacions fonamentals dintre d’elles són la reproducció i la

cura de la prole. El model més senzill, és la família parental monògama que consta d’una

parella d’individus reproductors de diferent sexe i la seva

descendència (àguiles, llops, coloms). Altres tipus de

poblacions familiars són la parental polígama, formada pel mascle, diverses femelles i la

prole (cérvols, goril·les, gallines); la poliàndrica,

formada per una femella i diversos mascles (aufrany); la

matriarcal, integrada per la femella i la prole (aràcnids, escorpins, rosegadors,...), la filial, integrada només per la

prole (peixos), etc.

Associacions colonials

Els individus que les integren estan units físicament, formant un organisme comú. S’originen per la reproducció asexual d’un progenitor comú. Poden ser tots

iguals (colònia homomorfa), com les madrèpores, corall vermell, etc., o presentar

diferències morfològiques i fisiològiques (heteromorfes). En aquest últim cas, les colònies

presenten divisió del treball: hi ha individus caçadors,

reproductors, etc. Els coralls i sifonòfors (Cnidaris o

Celenterats) i l’alga Vòlvox són organismes colonials.

Competència interespecífica

Els individus d’una espècie experimenten una disminució de la

supervivència, la fecunditat o el creixement, com a conseqüència de l’explotació dels recursos limitats, pels individus d’altra espècie. Si bé

les dues espècies resulten perjudicades una ho és més que

l’altra, podent arribar a desaparèixer. Amb freqüència els factors

ambientals poden canviar el signe de la competència interespecífica. En la

naturalesa es pot arribar a una coexistència. Això te lloc quan les condicions ambientals fluctuen,

desplaçant l’equilibri cap a una o altra espècie i també quan els

requeriments d’ambdues espècies no són exactament els mateixos o no

coincideixen en el temps.

Mutualisme

En aquest tipus de relació hi ha un cert benefici mutu per a les dues especies associades. Per exemple, els peixos netejadors, que

consumeixen els residus de menjar que queden a la boca, les escates i els paràsits externs del patró i d’aquesta manera contribueixen al seu

sanejament general.

Comensalisme

Les espècies comensals s’aprofiten del sobrant del menjar del patró, com també de les mudes, descamacions, etc... El patró no en surt

beneficiat ni perjudicat.

Depredació

És una relació en la qual un organisme viu (presa) és matat i consumit total o parcialment per un altre.

Predadors veritables Herbívors

Defenses físiques Defenses químiques

Defenses etològiques

Parasitisme

Es pot considerar el paràsit com un depredador molt especialitzat, que depèn completament d’un o més hostes als quals no provoca la mort,

almenys d’una manera immediata. Com que depèn alimentàriament de l'hoste, el paràsit només té ben desenvolupats el sistema reproductor i

els òrgans de fixació.

Inquilinisme

Relació entre dos organismes en què un s’aixopluga dins d’un altre sense perjudicar-lo.

Simbiosi

Associació d’organismes que ha arribat a ser tant estreta que els dos organismes ja no poden viure separats. És el cas dels líquens, simbiosi

d’una alga unicel·lular i un fong, o dels bacteris que digereixen la cel·lulosa de l'estómac de molts fitòfags. És freqüent que entre

simbionts, igual que entre el paràsit i el seu host, hi hagi fenòmens de coevolució.

Tanatocresi

Utilització de cadàvers, residus esquelètics, etc., d’altres especies amb finalitats no alimentàries. Amb aquests residus es poden construïr refugis (closques de mol·luscos amb bernats ermitans, tubs fets de

trossos de branques per larves aquàtiques d’insectes) o fer-se servir de manera diferent (alguns animals marins aprofiten per a defensar-se les

cèl·lules urticants dels celenterats).

Forèsia

El patró actua com a agent de transport o disseminació de l'espècie (llavors de plantes transportadores als intestins dels ocells, etc.). Així,

els insectes voladors poden dur d’un lloc a un altre nematodes i formes larvàries o juvenils d’àcars i d’altres insectes, mentre que els polls són transportats per mosquits. El transport de pol·len, de fruits i de llavors

per part d’organismes es pot considerar una forma de forèsia.