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Proyecto MSP
Taller de Biología
Dr. Edgar Vázquez Plass
¿Qué es biología?
• El estudio científico de la vida
• Busca explicaciones naturales para fenómenos y
procesos de origen biológico
• Evolución es concepto unificador
• Theodosius Dobzhansky: “Nada tiene sentido en
biología, si no es a la luz de evolución”
Propiedades de la vida
Los organismos vivientes:
– se componen de células
– son complejos y ordenados
– responden a estímulos del ambiente
– crecen y se reproducen
– obtienen y utilizan energía
– mantienen un balance interno
– se adaptan y evolucionan
Niveles de organización biológica
Nivel Celular
células
organelos
moléculas
átomos
La célula es la unidad
básica de la vida.
Niveles de organización biológica
Nivel Organismal
organismo
sistemas de órganos
órganos
tejidos
Niveles de organización biológica
Nivel Poblacional
biosfera
paisaje
ecosistemas
comunidades
poblaciones
Niveles de organización biológica
• Cada nivel de organización está construido
sobre el nivel anterior, pero muestra nuevas
características no vistas antes.
Propiedades Emergentes: son propiedades
nuevas y únicas que surgen en cada nivel de
organización biológica. Biología de sistemas.
Nivel Celular
Nivel Celular: Virus
Membranas
Biología Organismal
• Estudia la diversidad dentro de los grupos
principales de organismos vivientes. Se
interesa en como identificar y clasificar los
organismos, su estructura, fisiología, conducta
(animales), desarollo y relaciones evolutivas.
Clasificación de Organismos
• Sistema Binomial de Nomenclatura
Categorías taxonómicas básicas
- Dominio
- Reino
- Filo
- Clase
- Orden
- Familia
- Género y Especie
Diversidad
• 3 Dominios
-Archaea
-Bacteria
-Eukarya
• 5 – 50 millones spp.
• 26,000 spp. En
peligro de extinción
• Controversia a nivel
de filos parafiléticos
POBLACIONES
¿Qué es una población?
• Una población es un
grupo de individuos de
una especie que viven en
un área en particular.
• Biología poblacional es el
estudio de la natalidad,
mortalidad y dinámica de
una población.
Características de Poblaciones
• Densidad
• Dispersión
• Historia de vida
• Modelo de crecimiento poblacional
• Crecimiento exponencial
• Crecimiento logístico
Descripción de una Población
Espacio
• Densidad: el número de individuos por unidad
de área o volumen
• Dispersión: es el patrón de “espaciamiento”
entre los individuos de una población
Tiempo
• Tasa de nacimientos y mortalidad
• Crecimiento poblacional y dinámica
Densidad Poblacional
• Es el resultado de la dinámica entre procesos que
añaden y remueven individuos a una población.
Nacimientos e inmigración
añaden individuos
Inmigración
Nacimientos
Tamaño de pobIación
Muertes y emigración
remueven individuos
Emigración
Muertes
¿Cómo se mide densidad poblacional?
Métodos de captura y recaptura
* Asumen ausencia de nacimientos, muertes,
inmigración y emigración.
N=
# ind. marcados 1ra captura X total ind. 2da captura
________________________________________
número de recapturas en 2da captura
Proveen un estimado del tamaño de la población
Dispersión de la Población
• Influenciada por factores sociales y ambientales
Patrones de Dispersión
Agrupado – indica posibles patrones sociales o
de distribución de recursos.
Aleatorio – no hay un patrón de dispesión definido.
Uniforme – indica posible competencia entre
individuos.
Patrón Agrupado
Patrón al Azar
Patrón Uniforme
Natalidad y Mortalidad
Tasa de natalidad – número de nacimientos /
unidad de tiempo
- varía entre individuos particularmente (♀)
- depende de la edad y factores ambientales
Tasa de mortalidad – número de muertes /
unidad de tiempo
- depende de la edad y sexo
- factores ambientales
Natalidad y Mortalidad
• Tablas de Vida
• Resume datos de supervivencia y
reproducción “por categorías de edad”.
• Se usan para determinar cambios en el
tamaño y estructura de la población.
Demografía - Estudio de estadísticas vitales de una población
Natalidad, Inmigración, Mortalidad, Emigración.
Tabla de Vida: Oveja de Montaña (Ovis dalli)
Edad
x
Número
ind. vivos
nx
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
1000
801
789
776
764
734
688
640
571
439
años
Número
muertos
(dx = nx – nx+1)
199
12
13
12
30
46
48
69
132
187
Proporción de
sobrevivientes
(lx = nx / n0)
1.000
.801
.789
.776
.764
.734
.688
.640
.571
.439
Curvas de Supervivencia
Historia de Vida
• Historia de vida: son los rasgos que
componen el calendario de reproducción y
supervivencia de un organismo.
• Edad de la primera reproducción
• Frecuencia y duración de la reproducción
• Número de progenie producida
¡Los Rasgos de Historia de Vida son Productos de
la Selección Natural!
Estrategias de Historia de Vida
Estrategias dependen del ambiente
• ¿Producir pocos huevos grandes,
o muchos pequeños?
• Reproducirse sólo una vez
(semelparous)
• Reproducirse muchas veces
através de la vida (iteroparous)
Crecimiento Poblacional
• La tasa de crecimento de una población = tasa de
nacimientos (b) – tasa de mortalidad (d).
• N = número de individuos, T = tiempo
• ignora immigración y emigración
Eq. 1.
Cambio en Tamaño = ∆ N / ∆T = b - d
ZPG = (b = d)
zero population growth (ZPG) ocurre cuando la tasa de
natalidad = tasa de mortalidad
Crecimiento Exponencial
• El modelo exponencial describe crecimiento
poblacional independiente de densidad y sin
restricciones ambientales.
• Util para estudiar poblaciones “ideales.”
- Ayuda entender la capacidad de las especies para
incrementar en números.
- Ayuda entender las condiciones que favorecen este
tipo de crecimiento.
Crecimiento Exponencial
• Tasa de incremento per cápita = r = b-m, por lo tanto:
Eq. 2
∆ N / ∆T = rN
r > 0, población crece; r < 0, población disminuye
• Cuando la tasa de incremento per cápita (r) es máxima
se usa el término rmax.
∆N / ∆T = dN / dT = rmax N
• La tasa de crecimiento poblacional permanece constante
pero el número de individuos cambia
Curva de Crecimiento Exponencial
2,000
dN
 1.0N
dt
Population size (N)
1,500
dN
 0.5N
dt
1,000
500
0
0
5
10
Number of generations
15
Crecimiento Exponencial
8,000
Elephant population
6,000
4,000
2,000
0
1900
1920
1940
Year
1960
1980
Crecimiento de Población Humana
Auge y Decadencia
Ejemplo de Auge y Decadencia
Renos (Is. Pribilof, Alaska)
Sobrepoblación
Sobrepoblación (plagas)
Crecimiento Logístico
• El modelo logístico describe crecimiento
poblacional dependiente de densidad y con
restricciones ambientales.
• Util para estudiar poblaciones en situaciones
de aglomeración y limitación de recursos (e.g.,
disponibilidad de alimento, competencia, etc.).
- Ayuda entender los límites que alcanza el tamaño de una
población en condiciones naturales.
Crecimiento Logístico
Cuando la tasa de incremento per cápita (r)
es máxima se usa el término rmax.
∆N / ∆T = dN / dT = rmax N
( )
K
–N
_____
N
K = capacidad de carga (acarreo)
* Tamaño máximo de población que sostiene un ambiente a
un tiempo en particular si que haya degradación del hábitat
Crecimiento Logístico
Crecimiento Logístico
Capacidad de carga
Estructura de Edad
COMUNIDADES
• La comunidad es un
grupo de poblaciones de
diferente especies en un
área.
• Incluye a todas las
especies que interactúan
en una comunidad.
Interacciones Interespecíficas en una
Comunidad
Interacción
Efecto en densidad pob.
• Competencia (-/-)
Detrimental para ambas spp.
• Depredación (+/-)
Beneficiosa para una sp.,
detrimental para la otra
• Mutualismo (+/+)
Beneficiosa para ambas spp.
• Comensalismo (+/0) Beneficiosa para una sp., la
otra no se afecta
Estructura de la comunidad
• Abundancia de especies
• Distribución de especies
• Riqueza de especies
• Dominancia
• Disturbio y sucesión
Abundancia y distribución del Canguro rojo
Canguros/km2
0–0.1
0.1–1
1–5
5–10
10–20
> 20
Limits of
distribution
Riqueza de especies
Dominancia
Disturbio natural
Disturbio antropogénico
Sucesión ecológica
Sucesion Primaria
Sucesión secundaria
ECOSISTEMAS
• El ecosistema es la
comunidad de
organismos en un área y
los factores físicos con
los que interactúa.
• Enfatiza en el flujo de
energía y ciclos químicos
entre los componentes
bióticos y abióticos.
Estructura de un ecosistema
• Estructura trófica
• Flujo de energía (energética)
• Productividad
• Ciclos biogeoquímicos (nutrientes)
Estrutura trófica
Cadena alimentaria
Redes alimentarias
Flujo de energía
Productividad
Productividad primaria neta
Ciclos biogeoquímicos
PAISAJE
¿Qué es el paisaje?
• Un mosaico de parchos que difieren en
propiedades ecológicas importantes.
• El tamaño, forma, y distribución de los
parchos puede variar substancialmente.
• Los parchos interactúan y se retroalimentan
uno al otro.
Principios de ecología de paisaje
• Estructura y función
• Diversidad biótica
• Flujo de epecies
• Redistribución de nutrientes
• Flujo de energía
• Cambio
• Estabilidad
Parchos
Parcho uniforme
Mosaico de parchos
Mosaicos
Paisaje de Puerto Rico
Paisaje submarino del Caribe
Biosfera
La biosfera incluye
todas las regiones
donde hay vida
en La Tierra
¿Qué estudiamos a nivel de biosfera?
• Biomas terrestres y marinos
• Procesos que alteran la ecología del
planeta
– Cambio climático
– Deforestación
– Desertificación
Biomas
Bosque tropical
Bosque templado caducifolio
Desierto
Sabana africana
Sabana americana
Desierto
Desierto
Chaparral
Pradera
Pradera
Taiga
Tundra
Tundra
Hielos polares
Causas cambio climatico
Efecto de Invernadero
Calentamiento global
Calentamiento global
Febrero 2000
Glacial Mt. Kilimanjaro, Tanzania
Febrero 1993
Deforestación
Bosque Boreal, Canadá
Deforestación
Madagascar
Desertificación
Sahel, Africa
Desertificación
Mar de Aral, Rusia
Estudio de Caso: Humedal UNE
1. ¿Cuán impactado está el humedal?
2. ¿Qué rol juega este humedal en la salud
ambiental de las personas que laboran
en la UNE?
3. ¿Qué rol juega el humedal en los
episodios de lluvias torrenciales en
Sabana Abajo?
Foto aérea del humedal 2006
Eutroficación
Sucesión en charca
Cobertura del Terreno
Conceptos matemáticos en la
biología
• Escala
• Area superficial
• Area
• Volumen
Ejercicios
• Medir volumen del caudal de quebrada.
• Medir área del bosque y compararlo con
datos históricos (área).
• Medir calidad de agua para determinar el
potencial de eutroficación.
• Comparar volumen del salón con volumen
del del caudal de quebrada.