Universidad Autónoma de Baja California

Transcripción

1 Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ciencias Marinas Manual de Prácticas del Laboratorio de [ECOLOGÍA MARINA] [Dr. Guillermo Torres Moye] Responsable de la elaboración del manual [Pendiente de ser validado por el Consejo Técnico

2 Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ciencias Marinas Directorio Dr. Felipe Cuamea Velázquez Rector UABC Dr. Oscar Roberto López Bonilla Vicerrector, UABC Campus Ensenada Dr. Juan Guillermo Vaca Rodríguez Director FCM Dr. Víctor Antonio Zavala Hamz Subdirector, FCM

3 Índice Introducción... 1 Encuadre del Sistema de Prácticas... 2 Introducción... 2 Competencias a las que contribuye... 3 Niveles de Desempeño... 3 Ubicación dentro del mapa curricular... 4 Programa del Sistema de Prácticas... 5 HISTORIA NATURAL Y LA ECOLOGÍA DE LOS INDIVIDUOS Introducción.- Problemas ambientales pasados, presentes y futuros Distribución espacial.- Análisis de respuestas ante gradientes ambientales: Comportamiento Adaptaciones: Análisis de adaptaciones interespecíficas y su variabilidad ECOLOGIA DE LAS POBLACIONES Abundancia y dispersión: Teoría del muestreo aplicada al análisis de poblaciones sésiles Crecimiento poblacional: Modelos de crecimiento poblacional Dinámica poblacional: Construcción y uso de tablas de vida ECOLOGIA DE LA COMUNIDAD Interacciones biológicas: El sistema depredador-presa Estructura de la comunidad: Análisis de la diversidad y similitud entre comunidades ECOSISTEMAS: ECOLOGIA DEL PAISAJE Y CAMBIO GLOBAL Análisis de impacto ambiental: Diseño BACI Bibliografía Anexos Normas Generales de Seguridad e Higiene Medidas Generales en Caso de Accidente... 65

4 Manual de Prácticas de Laboratorio de ECOLOGÍA MARINA Introducción Página 1 Introducción Este manual está diseñado para estudiantes de las Ciencias Naturales. Está destinado a servir de complemento para la materia de Ecología Marina de la carrera de Oceanología de la Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California, pero podrá ser usado en cualquier carrera afín.

5 Encuadre del Sistema de Prácticas Página 2 Encuadre del Sistema de Prácticas Introducción Ecología Marina es una unidad de aprendizaje obligatoria que se imparte como parte de la etapa disciplinaria en el cuarto semestre de la licenciatura de Oceanología como introducción a los conceptos fundamentales de la ciencia de la Ecología y no tiene seriación. Su propósito es que el alumno adquiera conocimientos relacionados con los procesos que determinan los cambios en la distribución y abundancia de los organismos bajo una perspectiva evolutiva y resaltando los principales retos locales, regionales y globales para la conservación del medio ambiente y el desarrollo sustentable. El egresado tendrá capacidad para aplicar el conocimiento científico y tecnológico, en la solución de problemas relacionados con los temas ambientales.

6 Encuadre del Sistema de Prácticas Página 3 Competencias a las que contribuye Como resultado del aprendizaje obtenido, el estudiante podrá aplicar los principios y teorías principales de la Ecología para resolver problemas relacionados con el aprovechamiento de recursos, el crecimiento poblacional y la contaminación ambiental haciendo las recomendaciones pertinentes para conservar la biodiversidad, minimizar el deterioro ambiental y transitar hacia esquemas congruentes con el desarrollo sustentable. Niveles de Desempeño El nivel máximo de desempeño al que se propone llegar con el sistema de prácticas, corresponde al Nivel 2. Para ello se realizan un conjunto significativo de actividades de trabajo, variadas y aplicadas en diversos contextos. Algunas actividades son complejas y no rutinarias. Presenta un bajo grado de responsabilidad y autonomía en las decisiones. A menudo requiere colaboración con otros y trabajo en equ

7 Encuadre del Sistema de Prácticas Página 4 Ubicación dentro del mapa curricular Ecología Marina está ubicada en el cuarto semestre de la Licenciatura en Oceanología.

8 Encuadre del Sistema de Prácticas Página 5 Programa del Sistema de Prácticas Tema I.- Introducción Práctica o prácticas programadas Problemas ambientales pasados, presentes y futuros. Ámbito de desarrollo Se presenta el Plan de Clase incluyendo la estructura y dinámica de las actividades programadas para el laboratorio y el campo y se discuten los principales problemas ambientales contemporáneos. Duración* 1 sesión (3 hs). 2da semana de clases. II.- Distribución espacial Análisis de respuestas ante gradientes ambientales: Comportamiento. Se estudia en equipo la respuesta de un organismo ante un gradiente ambiental. Se identifica el tipo de respuesta encontrada, se describe su variabilidad y se discute sobre las ventajas adaptativas potenciales. 1 sesión (3 hs). 3ra semana de clases. III.- Adaptaciones Análisis de adaptaciones interespecíficas y su variabilidad. Organizados en equipos de trabajo y respetando un formato preestablecido, los alumnos presentan trabajos sobre los diferentes tipos de adaptaciones morfológicas, fisiológicas o del comportamiento que permiten a los organismos sobrevivir en distintos tipos de ambientes. 2 sesiones (6 hs) 4ta, 5ta y 6ta semana de clases. IV.- Abundancia y dispersión Teoría del muestreo aplicada al análisis de poblaciones sésiles. Se comparan dos métodos para la estimación del tamaño mínimo de muestra así como para la determinación del tipo de distribución espacial de las poblaciones sésiles. 1 sesión (3 hs). 7ma semana de clases.

9 Encuadre del Sistema de Prácticas Página 6 V.- Crecimiento poblacional Modelos de crecimiento poblacional. A partir de cifras proporcionadas los alumnos calculan los parámetros de las ecuaciones de crecimiento geométrico y exponencial, grafican, describen y comparan los patrones observados contra sus hipótesis de trabajo y discuten sus implicaciones para la conservación. 1 sesión (3 hs). 9na semana de clases (posterior al primer examen correspondiente a la 8va semana). VI.- Dinámica poblacional Construcción y uso de tablas de vida. Se realiza un ejercicio con una tabla de vida dinámica para el cálculo de parámetros poblacionales y la predicción del crecimiento poblacional basado en la Matriz de Leslie. 1 sesión (3 hs). 10ma semana de clases. VII.- Interacciones biológicas El sistema depredador-presa. Se simulan y analizan las interacciones existentes entre una población de linces (depredadores) y otra de conejos (presas). Y se predicen los cambios recíprocos en la abundancia de ambas poblaciones a lo largo de 25 generaciones. 1 sesión (3 hs). 12da semana de clases (posterior al segundo examen correspondiente a la 11ra semana). VIII.- Estructura de la comunidad Análisis de la diversidad y la similitud entre comunidades. Se analizan los cambios espaciales de la diversidad y en la similitud de especies entre los tres estratos del intermareal rocoso ubicados frente a la Facultad de Ciencias Marinas y se discute sobre las posibles causas de las diferencias espaciales 2 sesiones (6 hs) 13ra semana de clases.

10 Encuadre del Sistema de Prácticas Página 7 encontradas. IX.- Impacto ambiental Diseño experimental y estudios tipo BACI. Se compara la trayectoria de las mediciones obtenidas en ambientes antes y después de haber sido expuestos a algún disturbio y se contrastan con los registrados en ambientes adyacentes fuera del alcance del disturbio analizado (áreas control). 1 sesión (3 hs). 14ta semana de clases y el tercer examen se realiza en la 15ta o 16ta semana de clases. * Duración en horas para cada práctica, y semana del semestre en la que se realizará.

11 HISTORIA NATURAL Y LA ECOLOGÍA DE LOS INDIVIDUOS Propósito general: Identificar los problemas ambientales relacionados con los cambios en la distribución y abundancia de los seres vivos en el planeta y desarrollar una actitud respetuosa hacia el medio ambiente.

12 [UNIDAD I] Página 9.1. Introducción.- Problemas ambientales pasados, presentes y futuros. Es necesario aprender a navegar en un océano de incertidumbres a través de archipiélagos de certezas Introducción Edgar Morín Desde sus orígenes, el planeta tierra ha estado sujeto a cambios graduales en los gases atmosféricos, la ubicación de sus continentes y las formas de vida que lo habitan. Sin embargo, es claro que la Humanidad se ha convertido en un agente transformador de los ecosistemas al consumir energía, remover materiales renovables y no renovables y arrojar desechos en cantidades y velocidades que alteran el funcionamiento natural de los ecosistemas. Para identificar los principales problemas actuales relacionados con el deterioro ambiental y reflexionar sobre sus posibles causas, es importante conocer la historia de la influencia antropogénica Competencias Aprender a discutir y alcanzar un consenso trabajando en equipo sobre los principales problemas ambientales y sus causas en contraste con los fenómenos amenazantes de Ayres (1999) Material Materiales Película Proyector.1.4. Desarrollo Pizarrón Manual Presentación del profesor, revisión y confirmación de horarios para las distintas secciones del laboratorio y verificación de la lista de alumnos. Entrega de los temarios con la programación de las actividades de laboratorio y campo. Presentación de los objetivos del laboratorio, explicación de la dinámica a desarrollar y la forma de evaluación. Proyección de la primera hora de la película The 11th hour. Integración de los equipos de 3 personas.

13 [UNIDAD I] Página 10 Dinámica de grupo.- Primero en forma individual y después por equipos hacer una lista (por consenso) sobre los cuatro problemas ambientales (entendidos como ejemplos de deterioro ambiental) contemporáneos más importantes e identificar sus causas. Sesión moderada por el profesor sobre la síntesis, discusión y contraste de las listas generadas comparadas con los cuatro tipos de fenómenos amenazantes de Ayres (1999): 1.- Crecimiento poblacional; 2.- Consumo acelerado; 3.- Incremento en CO 2 y 4.- Extinciones biológicas. Finalizar concluyendo sobre la importancia que tiene el conocimiento ecológico para enfrentar los retos del deterioro ambiental presente y futuro. Nombre Fecha Notas sobre la película: Ejercicio individual: Problemas Causas

14 [UNIDAD I] Página 11 Ejercicio en equipo: Problemas Causas Tipo (Ayres, 1999) Preguntas finales.- Existe una clara diferenciación entre las causas y los problemas? Es el conocimiento ecológico importante para la solución de los problemas identificados? Que otro tipo de conocimiento es importante para la solución de los problemas identificados?.1.5. Método de Evaluación Examen práctico de las sesiones de laboratorio.

15 [UNIDAD I] Página Distribución espacial.- Análisis de respuestas ante gradientes ambientales: Comportamiento. "Hacer ciencia es buscar por patrones repetidos, no simplemente acumular hechos.".2.1. Introducción MacArthur R.H. (1972) La distribución espacial de la flora y fauna depende en gran medida de la historia previa del sitio, la intervención humana, los factores abióticos y bióticos del hábitat así como de las características fisiológicas, morfológicas y de comportamiento que condicionan la sobrevivencia y reproducción de los individuos y la persistencia de sus poblaciones. La sobrevivencia de los individuos es el resultado de la acción conjunta de factores ambientales múltiples (multifactorial), sin embargo en ciertas ocasiones podemos identificar algunos factores que resultan particularmente relevantes. Para poder sobrevivir, los organismos deben ser capaces de explorar y obtener información del medio que les rodea y de responder consecuentemente. Los organismos obtienen información del medio utilizando diversos tipos de receptores químicos, mecánicos o electromagnéticos y sus respuestas pueden ser de tipo fisiológico (como la adaptación de las plantas a luz o sombra), morfológico (p. ej. raíces de plantas con longitud variable en gradientes de humedad) o mecánico (ilustrado por el desplazamiento de animales) Competencias Examinar las respuestas basadas en el comportamiento de los organismos ante la presencia de gradientes ambientales y contrastar científicamente los resultados con las hipótesis planteadas Material Materiales Tubos con mallas. Artemia salina Fuentes de luz. Manual.2.4. Desarrollo Antes de iniciar el maestro describirá brevemente en qué consiste la práctica y el alumno deberá escribir su hipótesis de trabajo.

16 [UNIDAD I] Página 13 Integrarse a un equipo de trabajo y distribuir las responsabilidades de los del equipo (por ejemplo uno lleva tiempo otro anota y otro cuenta y observa). Añadir agua de mar al tubo de gradiente más individuos de Artemia sp. en la sección no. 1 y taparlo sin atrapar burbujas (figura 1). Posicionar el tubo de gradiente en ángulo como se muestra en la figura inferior o paralelo a la fuente de luz si esta se encuentra con mallas que produzcan un gradiente de luz. Dejar reposar a los organismos por 5 minutos en completa obscuridad e iniciar el experimento encendiendo la lámpara. Figura 1.- Posición del tubo de gradiente y la fuente de luz (tomado de Darnell, 1971). Registrar cada dos minutos el número de individuos contados en las distintas secciones del tubo de gradiente durante un total de 32 minutos de observación. En el caso ilustrado por la figura 1, la intensidad de la luz varía de acuerdo con: (I = 1/ d). Graficar sus resultados utilizando barras para representar el cambio temporal en el número de individuos contados para las distintas intensidades de luz agrupando en tiempos de 8 minutos (4 conteos sucesivos). Contrastar los resultados con su hipótesis, discutirlos y responder las preguntas finales.

17 [UNIDAD I] Página 14 Nombre Fecha Hipótesis de trabajo.-los organismos de Artemia sp. prefieren condiciones de luz.. Tabla I.- Número de individuos y ubicación por sección min Sección Inicio Total

18 [UNIDAD I] Página 15 Tabla II.- Representación gráfica de los cambios en el nivel de exposición a la luz en Artemia sp. (con ejemplo de un inicio de conteo de 10 individuos (100%) en la sección 1). Cada cuadro representa 2 organismos. Número de individuos Inicio TIEMPO (mins.) Preguntas finales.- 1.-El resultado encontrado concuerda con su hipótesis planteada? En caso de haber encontrado una respuesta distinta existe alguna posible razón para explicar el comportamiento? (hipótesis alternativa). 2.-Presentó Artemia sp. fototactismo positivo o negativo? 3.-Que tan variable es la respuesta entre individuos y cuál puede ser la explicación de ello? 4.-Finalmente puede pensar en diseñar un experimento para poner a prueba la explicación a la pregunta 3 anterior?.2.5. Método de Evaluación Examen práctico de las sesiones de laboratorio.

19 [UNIDAD I] Página Adaptaciones: Análisis de adaptaciones interespecíficas y su variabilidad. No es la más fuerte de las especies la que sobrevive, tampoco la más inteligente la que sobrevive. Es aquella que es más adaptable al cambio Charles Darwin.3.1. Introducción Como consecuencia de la selección natural, los seres vivos han evolucionado desarrollando características que favorecen su sobrevivencia. Solo los individuos que toleran las condiciones ambientales establecidas por los factores abióticos y que sobreviven ante las presiones de competencia o depredación, pueden reproducirse y transmitir sus características hacia las siguientes generaciones. Para poder lograrlo, las plantas y animales han desarrollado múltiples adaptaciones fisiológicas, morfológicas o en su comportamiento que les permiten tener éxito en la enorme diversidad de ambientes existentes en el planeta. Es así como la vida se desarrolla eficientemente desde las partes más altas de las frías montañas terrestres hasta las obscuras profundidades de los ambientes marinos Competencias Aprender a buscar información ecológica específica, así como a su integración, presentación en equipos y evaluación individual respetando tiempos y formatos definidos Material Materiales Clase de adaptaciones. Manual Desarrollo En una primera sesión, el profesor hará una presentación general sobre la biodiversidad marina y terrestre así como de algunos ejemplos de adaptaciones que les han permitido a los individuos sobrevivir exitosamente en los ambientes que habitan.

20 [UNIDAD I] Página 17 Al final de la primera sesión de este laboratorio se conformaran equipos de trabajo y definirán los grupos biológicos con los cuales trabajarán. Los alumnos podrán elegir trabajar con alguna especie en particular (camello, tiburón, etc.) o elegir entre los grupos siguientes:.1. Plancton.1.1. Fitoplancton.1.2. Zooplancton.2. Necton.2.1. Epipelágico.2.2. Abisal.3. Bentos.3.1. Fondos rocosos Intermareal Submareal.3.2. Fondos blandos Arenosos Lodosos Cada equipo de trabajo preparará una presentación sobre los diferentes tipos de adaptaciones de los individuos pertenecientes al grupo biológico que les haya tocado investigar. Estas presentaciones se realizarán durante la segunda sesión de este laboratorio siguiendo las indicaciones siguientes:.1. Las presentaciones serán en equipo y con una duración máxima de 10 minutos..2. Serán abordadas preferentemente desde una perspectiva comparativa e ilustrando con diversos casos como ejemplos..3. Abarcarán diferentes tipos de adaptaciones para la sobrevivencia incluyendo las morfológicas, fisiológicas y/o de comportamiento..4. Además de las adaptaciones anteriores, se procurará ampliar la presentación exponiendo sobre las diferentes estrategias de defensa, para encontrar alimento, para encontrar pareja, para la reproducción y/o la regulación osmótica entre otras. Los trabajos serán presentados durante la segunda sesión del laboratorio y serán evaluados por los alumnos y el maestro siguiendo los formatos siguientes:

21 [UNIDAD I] Página 18 Formato de evaluación. Presentación Criterios 1 Exposición sin lectura 2 Claridad en la presentación 3 Abordó los aspectos solicitados 4 Utilizó diversas fuentes de información 5 Calidad de la presentación 6 Respondió preguntas Calificación Evaluación Excelente E 10 Muy Bien MB 9 Bien B 8 Suficiente S 7 Insuficiente I 5 Equipo evaluado Nombre del evaluador Plancton Fitoplancton (ejemplo) Zooplancton Necton Epipelágico Abisal Bentos Fondos rocosos Intermareal Submareal Fondos blandos Arenosos/ lodosos Adaptaciones Estrategias Ejemplo Morfol. Fisiol. Comportamiento Alimentación Defensa Regulación osmótica Encontrar pareja Reproducción OK OK OK NO NO OK OK NO OK OK Ejemplos.3.5.Método de Evaluación Promedio de las calificaciones de alumnos y maestro de las presentaciones.

22 ECOLOGIA DE LAS POBLACIONES Propósito general: Utilizar diversos métodos para examinar la distribución espacial, el tamaño y la dinámica poblacional interpretándolos bajo un marco históricoevolutivo. Aplicar los modelos del crecimiento y dinámica de poblaciones y las simulaciones basadas en las historias vitales para la conservación de las poblaciones y la restauración de ecosistemas.

23 [UNIDAD II] Página Abundancia y dispersión: Teoría del muestreo aplicada al análisis de poblaciones sésiles. "El gran propósito de la vida no es el conocimiento, sino la acción" Thomas Huxley.4.1. Introducción Recordemos que la Ecología es una ciencia cuyo objetivo es El estudio de los patrones espaciales y temporales de la distribución y abundancia de los organismos incluyendo sus causas y consecuencias" (Scheiner y Willig 2008). Para lograr obtener información confiable relacionada con los patrones de distribución y/o abundancia de los organismos, el investigador frecuentemente necesita obtener muestras que le permitan caracterizar a las poblaciones estudiadas. Habiendo definido la pregunta con claridad y delimitado el sitio de muestreo, se busca diseñar el tipo de muestreo que permita obtener información confiable sobre las poblaciones estudiadas. En esta práctica buscaremos responder a dos de las preguntas que frecuentemente se hace el ecólogo relacionadas con el muestreo: Cual es el tamaño mínimo de muestra que debo obtener en campo? Y qué tipo de distribución espacial presenta la población estudiada?.4.2. Competencias Diseñar un tipo de muestreo confiable e informativo para el estudio de los patrones de distribución espacial de las poblaciones sésiles.4.3. Material Materiales Mapa con especies Cuadrantes Tabla nos. aleatorios Manual

24 [UNIDAD II] Página Desarrollo Antes de iniciar el maestro dará un repaso breve sobre el diseño de un muestreo con énfasis en poblaciones sésiles o de lento movimiento y explicará en qué consiste la práctica. La práctica será desarrollada por equipos siguiendo las recomendaciones siguientes: Observe el mapa con distintas especies de vegetación que le será entregado y plantee sus hipótesis de trabajo referidas al tamaño mínimo de muestra para una especie en particular y su patrón de distribución espacial (parte alta de tabla II). Usando la tabla de números aleatorios (tabla I), obtener 50 pares de datos en coordenadas (X, Y) con valores para X entre 5 y 70 y valores para Y entre 5 y 95. Efectuar 50 muestreos posicionando el cuadrante con el centro correspondiente a cada una de las coordenadas aleatorias. Contar los individuos de la especie que le sea indicada a su equipo ubicados en el cuadrante siempre y cuando al menos la mitad del cuerpo se encuentre dentro. Registrar los datos en la tabla proporcionada (tabla II) hasta acumular las 50 muestras, resumir los datos de frecuencias en la tabla III y graficar los resultados. CÁLCULO DEL TAMAÑO MÍNIMO DE MUESTRA Para la especie seleccionada, estimar el tamaño mínimo de muestra comparando los resultados de dos métodos: 1.- Utilizando la fórmula como estimación de la media +/- 40% del valor verdadero: N = 25 s 2 / media 2 = 2.- Graficando las medias acumulativas obtenidas cada 5 cuadrantes y verificando cuando se alcanza una fluctuación de los valores en alrededor de un +/- 10% de la media.

25 [UNIDAD II] Página 22 Medias Acumulativas Números de cuadrantes GRÁFICA DEL NO. DE CUADRANTES (X) vs MEDIAS ACUMULATIVAS (Y) DETERMINACIÓN DEL TIPO DE DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Continuar trabajando con la especie elegida verificando el valor de la media a partir de la fórmula simplificada basada en frecuencias (tabla III). Con el valor de la media obtener el valor de e -m usando el apéndice 18.1 (Darnell 1971). Utilizando la tabla IV, calcular las frecuencias teóricas para la distribución Poisson. A partir de los datos de la tabla IV, comparar las frecuencias observadas y las teóricas (esperadas) utilizando una prueba de chi cuadrada para verificar si la distribución espacial es de tipo aleatorio. Realizar los cálculos utilizando la tabla V y consultar los valores de chi (o ji) cuadrada del apéndice 11.2 para P=0.05 (95% de confianza). Si la diferencia es significativa (P< 0.05), se rechaza la hipótesis de distribución espacial aleatoria. De ser este el caso, analice las frecuencias y concluya si la desviación de los datos es hacia una distribución uniforme o contagiosa. Finalmente pase a la computadora a verificar su resultado y conclusión calculando el valor del Índice de Dispersión de Morisita. Donde n=no. de cuadrantes; N=no. total de individuos; X 2 es el cuadrado de los números de individuos por cuadrante. La dispersión es aleatoria cuando Id=1; cero para perfectamente uniforme y Id=n para una distribución totalmente agregada o contagiosa.

26 [UNIDAD II] Página 23 Id = n X 2 - N N (N - 1) PREGUNTAS FINALES Los resultados de los tamaños mínimos de muestra fueron similares? Por cual optaría usted? El patrón de distribución encontrado coincidió con su observación inicial e hipótesis de trabajo? En el caso de no poder realizar un muestreo preliminar como determinaría usted el tamaño mínimo de muestreo en el campo? Como podrían haber cambiado sus resultados de haber realizado un muestreo sin reemplazo (muestreo destructivo)? Además de los aspectos técnicos relacionados con el diseño del muestreo, que otros aspectos son importantes para tomar en cuenta y tomar decisiones relacionadas con el método de muestreo a emplear?

27 [UNIDAD II] Página 24 Tabla I.- Números aleatorios (RANDOM.ORG)

28 [UNIDAD II] Página 25 Hipótesis de trabajo: La especie ( ) requiere de un tamaño mínimo de muestra de ( ) cuadrantes y su tipo de distribución es ( ). Tabla II.- Datos originales. Muestra No. de individuos por muestra Muestra No. de individuos por muestra c d n o s t c d n o s t

29 [UNIDAD II] Página Tabla III.- Resumen de datos Especies Frecuencias observadas (f) con números distintos de individuos (x) x= 0 x= 1 x= 2 x= 3 x= 4 x= 5 x= 6 x= 7 c f = d n o s t f * x

30 [UNIDAD II] Página 27 Media = m = f * x ; N = 50 N Frecuencia (f) Número de individuos (x)

31 [UNIDAD II] Página 28 GRAFICA DE FRECUENCIAS DEL NUMERO DE INDIVIDUOS POR CUADRANTE Tabla IV.- Calculo de frecuencias esperadas para una distribución tipo Poisson. Especie.- No. de individuos (x) Frecuencias observadas (f) Probabilidad Poisson (P.Pois.) N Frecuencias esperadas= (P.Pois.)*(N) 0 e -m = 50 1 m (e -m ) = 50 2 m 2 /2 (e -m ) = 50 3 m 3 /6 (e -m ) = 50 4 m 4 /24 (e -m ) = 50 5 m 5 /120 (e -m ) = 50 6 m 6 /720 (e -m ) = 50 7 m 7 /5040 (e -m ) = 50

32 [UNIDAD II] Página 29 Tabla V.- Prueba de chi cuadrada para la especie X. Clase Frecuencias (o - e) 2 (x) obs. esp. (o - e) 2 e x 2 = (o - e) 2 e = *los grados de libertad de chi cuadrada para la tabla = No de clases 1

33 [UNIDAD II] Página 30

34 [UNIDAD II] Página Método de Evaluación Examen práctico de las sesiones de laboratorio.

35 [UNIDAD II] Página Crecimiento poblacional: Modelos de crecimiento poblacional. La ausencia de evidencia no es evidencia de ausencia.5.1. Introducción Carl Sagan Las poblaciones silvestres de plantas y animales experimentan cambios temporales en sus tamaños dependiendo de loa balances positivos o negativos establecidos por la natalidad, mortalidad, inmigración e inmigración. Cuando se presentan condiciones en las cuales no existen factores limitantes como el espacio o el alimento, las poblaciones pueden crecer rápidamente en forma geométrica o exponencial [Crecimiento geométrico] Las poblaciones que crecen en forma geométrica tienen eventos reproductivos discretos (épocas reproductivas) y sus números cambian en pulsos escalonados (cambios de N vs tiempo). Estos organismos (como algunos insectos o plantas anuales) mueren después de reproducirse y si un número mayor de descendientes sobreviven para lograr reproducirse también, entonces la población experimenta un cambio positivo (crecimiento) en el tiempo. El cambio proporcional en el número de individuos entre cada evento es la tasa geométrica de crecimiento poblacional. Si la población no está cambiando entonces = 1.0. Si > 1.0 la población está creciendo; y si < 1.0 la población decrece. (4) Ricklefs, p. 272 De la ecuación anterior: = N (t+1) /N (t) [Crecimiento exponencial] A diferencia de las poblaciones que tienen épocas reproductivas discretas y cambios escalonados en sus números, otras poblaciones experimentan cambios graduales debidos a procesos continuos de natalidad y mortalidad. Dichas poblaciones producen nuevas generaciones durante cualquier época del año debido a que los individuos del sexo femenino se encuentran aptos para la reproducción durante todo el año. Los cambios continuos de los tamaños poblacionales son descritos por el modelo de crecimiento poblacional exponencial siguiente

36 [UNIDAD II] Página 33 (1) Ricklefs, p. 271 La ecuación diferencial describe la tasa de crecimiento instantáneo para la población N y su forma luce diferente a la del crecimiento geométrico. Este modelo es sencillo y valido para describir los cambios poblacionales al menos en el corto plazo. Sin embargo también posee limitaciones importantes como el suponer que todos los individuos son equivalentes independientemente de su edad. Esta es una visión simplista debido a que sabemos que la sobrevivencia y la fecundidad de individuos recién nacidos difieren a la de los adultos. Estas variantes serán analizadas posteriormente en la práctica de laboratorio sobre el análisis de las tablas de vida. De acuerdo con esta ecuación la población no cambia de tamaño cuando la tasa intrínseca de crecimiento r es = 0, cuando N es = 0, o cuando ambas son igual a cero. (2) Resolviendo la ecuación diferencial, podemos tener un modelo que permite estimar el tamaño poblacional a través del tiempo. La solución de la ecuación es: (3) Ricklefs, p Competencias Aprender a calcular los parámetros requeridos por los modelos de crecimiento geométrico y exponencial y utilizar los modelos para predecir los valores futuros de poblaciones teóricas en contraste con los valores planteados en hipótesis de trabajo Material Materiales Calculadora Manual

37 [UNIDAD I] Página Desarrollo Crecimiento geométrico PREGUNTA 1.- Si una población crece un 2% cada año, el valor de sería igual a. entonces es equivalente a uno más el cambio proporcional. PREGUNTA 2.- Supongamos que la población humana en Octubre 12 del año 1999 era de 6 mil millones y sabemos que 300 años antes había 300 millones de habitantes. Con estos datos calcule el valor de igual a. PREGUNTA 3.- Con base en su estimación de para la población humana calcule cual sería el valor esperado para el año siguiente (año 2000) utilizando la ecuación 4. RESPUESTA TAMAÑO POBLACIONAL EN AÑO 2000 =. Es conguente su respuesta? En caso de haber obtenido una sobreestimación, que puede estar sucediendo con su cálculo?. Nota: El problema pudo haber sido debido a que el lapso de tiempo fueron 300 años por lo cual su predicción sería válida para dentro de 300 años más, no para el año siguiente, por lo cual la forma correcta de estimar la tasa de incremento anual es utilizando la fórmula siguiente. (10) Ricklefs, p. 272 En donde el exponente (t) para es igual al número de pasos (años) hacia el futuro que deseamos predecir y N (0) es el tamaño inicial de la población. PREGUNTA 4.- A partir de la ecuación 10 obtenga una nueva estimación de, asumiendo que Nt(1999) = 6 mil millones y No(1699) = 300 millones (recuerde calcular la raíz t de ambos lados de la ecuación). El valor de es =. PREGUNTA 5.- Con el nuevo valor de y la población original del año 1999 estime el tamaño de población para el año 2000 utilizando la ecuación 4. La población del 2000 sería igual a. Lo cual debe ser ahora si una estimación razonable!!

38 [UNIDAD I] Página 35 PREGUNTA 6.- Utilizando como base los ejes x-tiempo y y-tamaño poblacional inferiores, compare los patrones de crecimiento de tres poblaciones distintas durante 10 años (pasos) iniciando con 100 individuos y con los valores de siguientes. Antes de obtener sus graficas responda para cada caso cual sería el patrón esperado. ALFAS PATRÓN ESPERADO (hipótesis) (años) = = = Por último compararemos sus gráficas con las descritas por un modelo de simulación. Tamaño Pob. (N) Tiempo (años) 10

39 [UNIDAD I] Página Crecimiento exponencial PREGUNTA 7.- Utilizando la ecuación 3, construya tres graficas de crecimiento para poblaciones con r = 0; r = 0.5 y r = Inicie con una población de 10 individuos y describa los cambios durante 5 años. Al igual que en otros casos incluya como hipótesis de trabajo las tendencias esperadas. Finalmente compararemos sus resultados con los del modelo de simulación. HIPÓTESIS DE TRABAJO Con r = 0 espero un patrón de crecimiento Con r = 0.5 espero un patrón de crecimiento Con r = espero un patrón de crecimiento PROYECCIONES DEL TAMAÑO POBLACIONAL r Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año Tamaño pob. (N).5.5. Método de Evaluación Tiempo (t) Examen práctico de las sesiones de laboratorio.

40 [UNIDAD I] Página Dinámica poblacional: Construcción y uso de tablas de vida. "El objetivo de la ciencia no es abrir la puerta de la sabiduría infinita sino establecer un límite para el error infinito" Bertolt Brecht (1939).6.1. Introducción Las tablas de vida contienen información más detallada sobre una población que la analizada en los modelos de crecimiento geométrico y exponencial. Ya que estos últimos al simplificar el tamaño poblacional en un solo valor (N), pierden información valiosa relacionada con las edades, etapas reproductivas y sus aportaciones diferentes al crecimiento poblacional. Las tablas de vida incorporan información sobre la estructura de la población tomando en cuenta las diferencias existentes en la sobrevivencia y reproducción de los distintos grupos de edad Competencias Aprender a utilizar las tablas de vida como instrumentos detallados para el análisis de la estructura y dinámica de las poblaciones y recomendar acciones para su manejo sustentable Material Materiales Calculadora Manual

41 [UNIDAD I] Página Desarrollo Iniciaremos con un ejercicio de una población con tres grupos de edades (x) y su información sobre el número de individuos (Sx) y fecundidad (bx) para cada clase de edad (solo hembras). La tabla dinámica siguiente incluye datos para las tres clases (anuales) de edad: juveniles, sub-adultos y adultos (clases 0, 1 y 2 respectivamente). Tabla de vida: Paso 1: Calcule la sobrevivencia al principio del estadio x: S( x) l( x) S(0) Paso 2: Calcule la sobrevivencia de una clase de edad a otra: S( x 1) g( x) S( x) X S(x) b(x) l(x) g(x)

42 [UNIDAD I] Página 39 Tabla de vida: Paso 3: Calcule la tasa neta de reproducción de un individuo durante su vida: R l( x) b( ) 0 x x S(x) b(x) l(x) g(x) l(x)b(x) R 0 = = Tabla de vida: Paso 4: Calcule el tiempo de generación: G l ( x) b( x) x l( x) b( x) Paso 5: Estime la tasa intrínseca de crecim.: x S(x) b(x) l(x) g(x) l(x)b(x) l(x)b(x)x = = ln( R r 0 ) G R 0 = G = años r = años -1

43 [UNIDAD I] Página 40 Recuerde la utilidad de r en el modelo de crecimiento: Para hacer predicciones sobre la dinámica poblacional las tablas de vida se basan en álgebra lineal utilizando operaciones de matrices y vectores. A partir del conocimiento del número de individuos de distintas edades así como sus respectivas probabilidades de sobrevivencia y tasas de fecundidad podemos predecir los cambios temporales en la estructura y el tamaño poblacional. Esta información se combina en una Matriz de Leslie (L) que es multiplicada por un vector definido como Este vector es una columna de números que representan la cantidad de individuos para cada clase de edad. Si la población tiene tres clases de edad el vector es: (1) La matriz se multiplica por el vector para determinar cuántos individuos habrá en cada clase de edad en un tiempo (paso) posterior. (2) El resultado de esta multiplicación es un nuevo vector conteniendo el número de individuos para cada clase de edad en el tiempo siguiente (cuantos jóvenes, viejos, etc.). De nueva cuenta podemos multiplicar el vector de la población resultante por la Matriz de Leslie para obtener la estructura poblacional para el siguiente paso (t = 2). Si hacemos esto muchas veces, dos cosas interesantes ocurrirán. La primera es que la estructura de la población se estabiliza en una condición conocida como distribución estable de edades. La segunda es

44 [UNIDAD I] Página 41 que si la población está cambiando lo hace creciendo o decreciendo en forma geométrica por lo cual podemos calcular su. De nuestra población inicial anterior podemos observar que los juveniles no se reproducen y tienen una baja probabilidad de sobrevivencia, los sub-adultos tienen bajas fecundidades y altas probabilidades de sobrevivencia y los adultos tienen las más altas fecundidades y cero probabilidad de sobrevivencia. Con esta información construimos una Matriz de Leslie multiplicada por la población inicial e iteramos el proceso durante varios pasos. El vector poblacional para el tiempo inicial o cero (t=0) es: (3) La suma del número de individuos en cada clase de edad es igual al tamaño poblacional inicial (N 0 ) y los subíndices representan la clase de edad y el tiempo (paso) correspondiente (ejem. N 2,0 es el número de adultos en el tiempo cero). Supongamos que iniciamos con la población siguiente: (4) Esta población total es de 300 individuos compuesta por 100 individuos en cada una de las clases de edad y su Matriz de Leslie tiene la forma siguiente: (5)

45 [UNIDAD I] Página 42 En donde F es la fecundidad específica para cada clase de edad y S la probabilidad de sobrevivencia de cada clase de edad hacia la siguiente. EJERCICIO: 1.- Para la población siguiente construya su Matriz de Leslie (3x3): JUVENILES SUB-ADULTOS ADULTOS L = [ ] 2.- Con base en esta información escriba su hipótesis de trabajo. La población a través del tiempo. 3.- Utilizando la ecuación 2, multiplique el vector del tamaño poblacional (diferentes clases de edad) por la Matriz de Leslie para calcular como estará la población para el tiempo siguiente (Nt+1): N t+1 = [ ] X []= [] MATRIZ DE LESLIE VECTOR NUEVO VECTOR

46 [UNIDAD I] Página 43 Este proceso se puede repetir para varios pasos más pudiendo observarse que en un inicio los cambios en las diferentes clases de edad no ocurren en la misma proporción y que se requieren varios pasos para lograr una distribución estable de edades. 4.- Calcule los cambios poblacionales para un total de 10 años y grafique los cambios en el número total de individuos. Tamaño Poblacional Años PREGUNTA: El resultado coincide con su hipótesis de trabajo? 5.- Calcule el valor de lambda hasta obtener un valor estable entre años sucesivos (por razones de tiempo nos limitaremos a 10 años). =. Lambda Año Cuando la estructura de edades se ha estabilizado (normalmente estimado con programas automatizados debido al número de cálculos requeridos) el valor de lambda puede ser empleada como solución para sustituir como eigenvalor a la Matriz de Leslie. Nota: esta ecuación es parecida a la anteriormente empleada.6.5. Método de Evaluación Examen práctico de las sesiones de laboratorio.

47 [UNIDAD I] Página 44 ECOLOGIA DE LA COMUNIDAD Propósito general: Describir la estructura Facultad y la función de Ciencias de las Marinas comunidades de la UABC terrestres o marinas y podrá hacer recomendaciones para la conservación de la biodiversidad.

48 [UNIDAD III] Página Interacciones biológicas: El sistema depredador-presa. "El descubrimiento consiste en ver lo que todos el mundo ha visto y pensar lo que nadie ha pensado" Albert Szent-Györgyi.7.1. Introducción La dinámica de las poblaciones de especies con fuertes interacciones del tipo depredadorpresa frecuentemente está asociada a cambios en su abundancia presentando desfases temporales y la aparición de ciclos. Cuando estas fluctuaciones no son independientes o causadas por otros factores como el ambiente físico, el número de individuos de los depredadores y presas se relacionan de manera tal que los cambios de la presa afectan a los del depredador y viceversa. Conociendo estos ciclos es posible predecir los cambios esperados en las poblaciones así como identificar sus límites para sustentar alternativas de manejo poblacional Competencias Aprender a simular datos en laboratorio referidos a una interacción depredador-presa, contrastar con las hipótesis de trabajo y predecir los posibles cambios futuros basados en el análisis de los patrones obtenidos Material Materiales.7.4. Desarrollo Figuras de linces y conejos. Manual. Integrarse a un equipo de trabajo y utilizar las figuras que representan a los conejos y los linces para los simulacros de interacción en los espacios proporcionados como hábitats. Arrancar la simulación con 3 conejos y un lince y reiniciar con esta proporción en los casos en los que cualquiera de los dos llegue a una población de cero individuos. Ubique en el hábitat 3 conejos distribuidos de manera uniforme y en cada generación hacer lo siguiente: o Desde la orilla del hábitat arroje un lince pretendiendo cazar conejos. Una caza exitosa será aquella en la que cualquier parte del lince toque a

49 [UNIDAD III] Página 46 un conejo y todos los conejos tocados contarán como capturados. Solo en los casos en los que el lince capture al menos tres conejos podrá ser considerado también como sobreviviente y con posibilidades de reproducirse, en caso contrario se considera que muere por inanición. o Después de cada simulación de ataques cuente los linces sobrevivientes, retire los conejos capturados y calcule los números de depredadores y presas para la generación siguiente duplicando el número de conejos y linces sobrevivientes (registre sus datos en la tabla correspondiente inferior). GENERACIÓN No. conejos No. linces Conejos sobrevivientes Linces sobrevivientes o Al finalizar 10 generaciones, conteste la pregunta siguiente:

50 [UNIDAD III] Página 47 PREGUNTA.- Después de analizar los cambios en la abundancia del depredador y su presa cual es su hipótesis del patrón esperado durante las siguientes 15 generaciones? PREGUNTAS.- o Continúe las simulaciones hasta completar 25 generaciones. o Grafique los cambios en la abundancia del depredador y su presa utilizando el reverso de esta página. o Responda a las preguntas finales siguientes: Los cambios observados fueron congruentes con su hipótesis? Observando la gráfica y asumiendo que las fluctuaciones de ambas especies son debidas fundamentalmente a su interacción, como podría evitar los colapsos repentinos en las poblaciones de linces? Los resultados obtenidos describen una relación densodependiente de la mortalidad de la presa? Que resultado esperaría en caso de que se presentara una enfermedad que redujera la población de conejos en la generación 10? Que resultado esperaría en caso de que se presentara una enfermedad que redujera la población de linces en la generación 10?.7.5. Método de Evaluación Examen práctico de las sesiones de laboratorio.

51 [UNIDAD III] Página Estructura de la comunidad: Análisis de la diversidad y similitud entre comunidades. "El cerebro no es un vaso por llenar sino una lámpara por encender" Plutarco.8.1. Introducción La diversidad de especies es una de las características más importantes de la estructura de las comunidades. Como lo hemos comentado en clase el concepto de diversidad incorpora conjuntamente al número de especies contenidas y su homogeneidad. Una comunidad es más diversa mientras mayor sea su número de especies (riqueza de especies) y menor la dominancia de una o pocas de las especies que la componen. Por ejemplo, si una comunidad tiene 100 individuos y 10 especies, su diversidad máxima posible ocurre cuando cada una de las 10 especies tiene 10 individuos (condición de mínima dominancia o máxima homogeneidad de especies). Una comunidad diversa es considerada más compleja en su estructura (composición de especies) y función (número de interacciones). Los índices de diversidad adquieren mayor significado ecológico cuando los análisis incorporan comparaciones temporales de una misma comunidad (como en una sucesión) o comparaciones espaciales entre distintos ensamblajes de especies o comunidades. Durante estos análisis resulta útil no solo describir los cambios en la diversidad de especies sino además poder comparar su similitud ya que valores iguales de diversidad pueden ser obtenidos para comunidades con valores de similitud variables en espacio y/o tiempo. Existe una amplia gama de índices ecológicos relacionados con la diversidad y similitud de comunidades. Durante esta práctica emplearemos algunos de los más comunes para analizar los datos que se obtuvieron en los muestreos realizados en la zona del intermareal rocoso Competencias Comprender y explicar las diferencias en la composición de especies de distintas comunidades procedentes de ambientes con diferentes factores físicos y/o biológicos. Y aplicar indicadores para el diagnostico del estado de salud de ecosistemas Material Materiales Datos de campo. Manual. Calculadora.

52 [UNIDAD III] Página Desarrollo Antes de iniciar revise las clases anteriores relacionadas con la zonación del intermareal rocoso y escriba sus hipótesis de trabajo relacionadas con los contrastes esperados de la diversidad y similitud de especies. HIPÓTESIS DE TRABAJO 1.- Comparando los tres estratos principales (superior, medio e inferior), la diversidad de especies menor se presentará en el estrato. 2.- La menor similitud ocurrirá entre el estrato y el estrato. Responder la práctica individualmente. a) Curvas especies-área.- Con base en los datos de la fauna registrada en campo (ver anexos), construya las curvas del número de cuadrantes o área (eje X) vs número acumulativo de especies (eje Y) para cada estrato y responda las preguntas indicadas. ESTRATO SUPERIOR S = ESTRATO MEDIO S =

53 [UNIDAD III] Página 50 ESTRATO INFERIOR S = Preguntas Fueron similares los patrones observados para las tres zonas? 2.- De acuerdo con sus gráficas en cuál de los estratos sería recomendable obtener un tamaño de muestra mayor? 3.- A que atribuye usted las diferencias en el comportamiento de las gráficas? b) Riqueza de especies.- En las gráficas anteriores anote el valor del número de especies encontrado en cada estrato (s = riqueza de especies). c) Dominancia.- Calcule lambda como índice de dominancia para cada estrato. Lambda es una medida de la probabilidad de que dos individuos elegidos al azar correspondan a la misma especie y su fórmula es : λ = ni (ni 1) N(N 1) (ni es el número de individuos de cada especie y N el total de individuos) d) Diversidad.- Calcule el valor del Índice de diversidad de Simpson (Ds) para cada estrato. Este índice considera además de la riqueza de especies y el número total de individuos, a la proporción del total que ocurre en cada especie. Ds = 1 λ

54 [UNIDAD III] Página 51 e) Equidad.- Calcule el índice de equitatividad (Es) en la distribución de especies para los tres estratos, utilizando una estimación previa de la diversidad máxima posible para la muestra (Dmax). Dmax = (s 1/ s ) (N/ N 1) ; Es = Ds/ Dmax f) Índice de similitud.- Calcule el coeficiente de similitud entre los diversos estratos utilizando el Coeficiente de Sorensen siguiente: CCs = 2c x 100 s1 + s2 (s1 y s2 = riqueza de especies en comunidades C1 y C2 y c = el número de especies comunes en C1 y C2). RESUMEN DE RESULTADOS Análisis de diversidad ESTRATOS SUPERIOR MEDIO INFERIOR Riqueza (s) Dominancia (λ) Diversidad (Ds) Equidad (Es)

55 [UNIDAD III] Página 52 Análisis de similitud (CCs) % ESTRATOS SUPERIOR MEDIO INFERIOR SUPERIOR MEDIO INFERIOR Preguntas.- Sus hipótesis de trabajo fueron rechazadas? Como podría utilizar los índices anteriores para relacionar los cambios espaciales o temporales con la contaminación ambiental? Recordando lo que observó en el campo, si hubiera usted incorporado en el análisis a las algas esperaría algún cambio en los cálculos de diversidad y/o similitud para los diferentes estratos? Explique.

56 [UNIDAD III] Página 53 Código INTERMAREAL SUPERIOR (01-mayo-2010) Taxa ni 01 Chtamalus Tegula Littorina Lapas Anthopleura Caracoles Roperia Lottia gigantea Lottia scabra Pagurus Quitones Acanthina Fissurella Cangrejos Mytilus Especies acum Clave sustrato RB RB RB RB RB RB RB RB RB RB RB RE RB RB RB RB RB RB RE RB

57 [UNIDAD III] Página 54 INTERMAREAL MEDIO Código 0 15m 15 30m Taxa ni 01 Chtamalus Tegula Lapas Anthopleura Lottia scabra Quitones Acanthina Mytilus Kelletia Percebes Ophiderma Aplysia Pugetia Tetraclita Octopus Especies acum. Clave sustrato C RE RB RE RB C RE C RB RB RB RB P RB P RE I RB RB P