Metapoblaciones
Bert Rivera Marchand, Ph.D.
Ecología de Poblaciones
Universidad Interamericana de Puerto Rico
Recinto de Bayamón
Poblaciones están sujetas a procesos demográficos:
1) Nacimientos
2) Inmigración
3) Muerte
4) Emigración
Las poblaciones pueden estar distribuidas en parches por variaciones en recursos,
gradientes físicos u otras características biológicas.
En los parches de un paisaje puede ocurrir:
• Colonización reciente (aumento poblacional)
• Extinción local
• Parches desocupados
“SLOSS”
Distribución natural de diferentes especies
de bosques en los Great Smoky Mountains.
Disturbio y heterogeneidad
Levins (1969) introdujo el concepto de
metapoblaciones para describir la dinámica de
parches como UNA población de
subpoblaciones fragmentadas ocupando un
paisaje fragmentado por hábitat inadecuado.
Estructura de Metapoblaciones
Areas sombreadas tienen exceso de individuos que
migran a los otros parches.
• “Un sistema de poblaciones que está unido por dispersión ocacional” (Levins
1969).
Levins, R. 1969. Bull. Ent. Soc. Am. 15:237-240.
Levins y otros…
• Levins 1969, Gilpin & Hanski 1991, Hanski & Gilpin
1997
• “cualquier ensamblaje de poblaciones locales
discretas con migración entre ellos” (Hanski and
Gilpin 1997, p2)
• Poblaciones que están espacialmente estructuradas
en ensamblajes de poblaciones localmente
reproductivas con migración entre ellas que afecta la
dinámica poblacional local incluyendo la posibilidad
de restablecimiento luego de extinción (Hanski and
Simberloff 1997, p 6).
Biogeografía de Islas
MacArthur & Wilson (1963, 1967)
• La cantidad de especies en una isla es
determinada por el área de la isla.
S = CAz
log S = log C + z log A
» S= cantidad de especies
» A=área de la isla
» C= constante según la especie (“intercepto en y”)
» Z= pendiente (constante) suele ser 0.25 aunque en
especies que habitan en cuevas tiende a 0.75
Reptiles en el Caribe
Relación Estándar
De MacArthur & Wilson a Levins
• En el modelo de islas la población insular no debe
extinguirse ya que recibe constantemente individuos del
continente.
• Esto no es necesariamente así en el modelo de
metapoblaciones de Levins.
• En el modelo Levins solo hay parches aislados sin una
fuente del continente.
– La metapoblación va persistir por el balance en la tasa de
colonización y extinción en los parches.
– Del total de parches disponibles en la región la cantidad de
parches ocupados por una especie es dado por P.
0  P  1.
Supuestos
1) Parches deben ser áreas de hábitat discretos de igual calidad (homogéneas)
2) No existe una solo población que sea suficientemente grande para asegurar la
supervivencia a la largo plazo.
3) Parches deben ser aislados pero no al nivel que prevenga recolonización.
4) Dinámica poblacional local debe ser suficientemente asincrónica que extinción
simultánea de todas las poblaciones locales es poco probable.
P: el modelo de Levins
dP/dt = I - E
I= Inmigración
E= Extinción
• Inmigración
– Determinada por la tasa característica c por el número de
lugares que puede proveer inmigrantes (P) pero que solo
pueden llegar a lugares sin ocupar (1-P).
• Extinción
– Determinada por la tasa característica  y el número de
lugares ocupados en donde puede ocurrir extinción (P).
dP/dt = cP(1-P) - P
Equilibrio de Parches
dP/dt =0
0 = cP(1-P) - P
P= cP(1-P)
= c(1-P)
P=1- /c
P= cantidad de parches ocupados por una especie
Predicciones
• Metapoblaciones persisten si e/c<1
• P aumenta con el aumento del área de
parches (porque disminuye extinción)
• P aumenta con la disminución de la distancia
entre parches (debido al aumento en
colonización)
Con Estocastidad

Tm  TL e

 H Pˆ 2



ˆ
2 1 P 



Tm = tiempo esperado de extinción de la metapoblación
TL = tiempo esperado de extinción local
P = fracción de parches ocupados en estado continuo de
estocacidad
H = número de parches apropiados
Minimum
Viable Metapopula tion  Pˆ
H 3
El criterio para persistencia a largo plazo: Tm>100TL
(Nisbet and Gurney 1982, Hanski 1997)
Fuente-Sumidero*
• Persistencia de algunas
poblaciones locales
(sumideros) dependen de la
migración de lagunas
poblaciones cercanas
(fuentes).
• Parches vacíos son
susceptibles a colonización.
Fuentes: Tasa de crecimiento poblacional >1
Sumideros: Tasa de crecimiento poblacional<1
*EFECTO RESCATE
Otros Modelos
• Espacialmente Explicito: presume que poblaciones
interactúan solo con poblaciones locales cercanas, por
ende migración es dependiente a la distancia
• Espacialmente Realista: toma en cuenta en la variación
en el tamaño de parches, el número total de parches y
su arreglo espacial.
• ¿Por qué existen?
– El modelo de Levins tiene supuestos que tienden ser muy
simplistas:
1. No toma en cuenta cambios en tamaños en hábitat de los parches
2. Grado de aislamiento se presume como constante
3. Tasa de inmigración es constante
Modelos de metapoblación
espacialmente realistas
• Ecología de metapoblaciones y enlaces con la ecología del
paisaje
lM = capacidad de la metapoblación del paisaje fragmentado
o, el número de parches ocupados
La metapoblación en equilibrio (p*):
Pl* = 1 – e/(clM)
Modelos de metapoblación
espacialmente realistas
Para identificar las condiciones para la persistencia de la
metapoblación:
lM > e/c
Se requiere saber:
1)
La escala de la conectividad dada
por el rango de dispersión de la
especie.
2) La distribución espacial de los
parches de hábitat.
Ejemplo: Hanski et al. mariposa Glanville fritillary con
censos por más de 10 años en las praderas de las islas
Aland.
>4000 parches adecuados:
en 2005 ~700 ocupados
Parches ocupados con pérdida de
hábitat y fragmantación
Parches ocupados predecidos con 50%
de aumento en pérdida de hábitat
Análisis de Viabilidad Poblacional
(PVA):
Análisis de Viabilidad Poblacional (PVA): Utiliza datos
demograficos para entender la relación entre la futura
superviviencia de poblaciones pequeñas o amenazadas.
Eventos de asociación que afectan la supervivencia en poblaciones
pequeñas:
1) catástrofes: incendios, inundaciones, terremotos
2) factores genéticos : deriva, eventos de fundador, endogamia
3) incertidumbre ambiental
4) estocasidad demográfica
Los modelos de PVA suelen ser específicos para especies
Aplicaciones de PVA
1.
2.
3.
Riesgo de extinción es la aplicación principal: predecir la probabilidad de
disminución de la población en un periodo de tiempo dado
¿Cuánta tierra y en qué configuración, es necesario para protegerse
contra el riesgo de extinción?
¿Qué etapas de vida o procesos demográficos están necesitadas de
manejo?
4.
¿Cuántos individuos se necesitan para establecer una población viable
en programas de reintroducción?
5.
¿Cuántos individuos pueden recolectarse sin afectar la persistencia?
6.
Orientar las prioridades de investigación futura
Población Mínima Viable (MVP)
MVP = tamaño de la población por debajo del cual se aumenta la
probabilidad de extinción, o el número mínimo de las
poblaciones locales interactuando necesarias para la persistencia
a largo plazo de una metapoblación
Factores que afectan MVP
1.
2.
3.
4.
Incertidumbre demográfica
– Tasa sexual sesgada
– Estructura de edad sesgada
Incertidumbre ambiental
– Fluctuaciones en recursos, variaciones temporales, densidad de
enmigos esource fluctuations, seasonal variation, densities of enemies
Catástrofes naturales
Endogamia
Ejemplo: Carpintero “Red cockaded”
Endémico al sureste de USA en bosques desciduos maduros
•
Anida en pinos vivos >80 años (espacio necesario para la cavidad
del nido)
•
Amenazas Pérdid de hábitat
En Peligro de Extinción: Poblaciones pequeñas, fragmentadas y aisladas
1)
¿Concuerda la distribución actual con persistencia regional a
largo plazo?
2) ¿Qué cambios en el manejo promovería esto?
Maguire et al. (1995) PVA en Georgia Piedmont
• Datos de individios marcados de 1983-1988
• Cinco grupos de edads con historias de vida
diferentes
1. Datos de individuos marcados:
Tiempo medio para extinción era
58 años pero altamente variable y
afectado por estoicasidad
demográfica que podría dismiuirlo
a 40 años
2. Al incluir datos de individuos sin
marcar la probalidad de extincióen
100 años es 0
Carnívoros en las Montañas Rocosas
Serie de áreas protegidas que se
enlazan a boreales poblaciones de
varias especies de carnívoros con
poblaciones pequeñas y aisladas
más en los márgenes de la zona sur.
Esfuerzos de conservación se han
centrado en mantener la conectividad
del paisaje en esta región.
Carroll, et al. 2003. Ecological Applications 13:1773−1789.
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