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secreta una enzima que hace que la cabeza de la hormiga se desprenda. La larva de la mosca se convierte en adulto dentro del refugio de la cabeza desprendida de la hormiga. Se han introducido varias especies de moscas jorobadas en los esta- dos del sur de la Unión Americana. Parece que las moscas sobreviven, se reproducen y aumentan su dispersión. No se espera que acaben con todas las S. invicta en las áreas afectadas. Más bien, se espera que las moscas reduzcan la densidad de las colonias invasoras. Los ecologistas también exploran otras opciones. Están probando el efecto de hongos patógenos o protistas que infecten a la S. invicta, pero no a las hormigas nativas. Otra idea es introducir una hormiga parasitaria de Sudamérica que invade las colonias de S. invicta y mata a las reinas que ponen los huevos. La ecología de comunidades se centra en la interacción de especies, como las que hay entre las hormigas y las moscas o los hongos. Una comunidad se compone de todas las especies que viven en una región. Como veremos, la interacción de las especies y los trastornos pueden cambiar la estructura de la comunidad (los tipos de especies y su abun- dancia relativa) de modos significativo o mínimo, algunos predecibles y otros, inesperados. La hormiga roja de fuego, Solenopsis invicta, es una especie invasora de origen sudamericano que ingresó a Estados Unidos en la década de 1930, probablemente como polizones en un barco de carga. Las hormigas se extendieron desde el sureste y con el tiempo establecieron sus colonias en lugares tan al este como California y tan al norte como Kansas y Delaware. Al igual que la mayoría de las hormigas, la S. invicta hace sus nidos en la tierra (figura 41.1). Si pisas uno de estos nidos, pronto te darás cuenta de tu error. Como las abejas, las hormigas de fuego defienden su nido contra las amenazas, inyectando un veneno con su aguijón que provoca sensación de quemadura y da por resultado la formación de ampollas rojas que tardan en sanar. Los nidos de S. invicta son una molestia para la gente, pero son un mayor peligro para la vida silvestre. Por ejemplo, los investigadores han reportado que la presencia de S. invicta disminuye el número de codor- nices cotuí (un tipo de codorniz) y de vireos (un tipo de ave canora). Las hormigas se alimentan de los huevos de las aves y de sus nidos. Las hormigas invasoras vencen en la competencia a las hormigas nativas, que son la principal fuente de alimento de las lagartijas. Las lagartijas no pueden comer S. invicta. Además, la S. invicta puede hacer presa a los huevos de las lagartijas. Debido a su resistencia, la S. invicta hace honor a su nombre. Los pesticidas no impiden la expansión de esta especie y pueden facilitar las invasiones al eliminar las poblaciones de hormigas nativas. Para combatir a las hormigas, los científicos han optado por los controles biológicos. Un agente de control biológico es un enemigo natural de una plaga que puede disminuir ésta al alimentarse de ella, infectándola o parasitándola. El control biológico de la S. invicta involucra a moscas jorobadas: insectos que se alimentan de S. invicta en su hábitat natural. Las moscas jorobadas son parasitoides; es decir, parásitos especializados que matan a su anfitrión en una manera horrenda. Una mosca hembra perfora la cutícula de una hormiga adulto, entonces pone un huevo en los órganos blandos de la hormiga. El huevo se incuba y después nace una larva, que crece y entonces se abre paso comiendo los tejidos de la cabeza de la hormiga. Después de que la larva ya es lo suficientemente grande, Cambio a largo plazo en las comunidades La disposición de las especies en una comunidad cambia con el tiempo, aunque el resultado exacto de estos cambios sea difícil de predecir. Cuando se forma una nueva comunidad, las especies que llegan primero con frecuencia alteran el hábitat de manera que se facilite su propio reemplazo. Efectos de las especies en la estabilidad de la comunidad Eliminar una especie o agregar otra puede tener un efecto significativo. Algunas especies se adaptan a las alteraciones, y un cambio en la frecuencia de éstas puede afec- tar su número. Patrones globales en la estructura de una comunidad Los biogeógrafos identifi- can los patrones regionales de distribución de las espe- cies. Ellos han mostrado que las regiones tropicales albergan el mayor número de especies y que las características de las islas pueden utilizarse para predecir cuántas espe- cies ocuparán un área. Ecología de comunidades Combate a las hormigas de fuego invasoras Figura 41.1 Las hormigas de fuego importadas y sus enemigos. Página opuesta, colonia de hormigas Solenop- sis invicta flotando en el agua; utilizan esta técnica para escapar de las inun- daciones. A Mosca jorobada. Esta mosca utiliza las extensiones en forma de gancho en su abdomen para insertar un huevo fertilizado en el tórax de una hormiga. B Hormiga parasitada que ha perdido su cabeza después de que una larva en crecimiento la ocupó. La larva experi- mentará metamorfosis hasta alcanzar la forma adulta en la cabeza separada. A B comunidad Todas las especies que viven en una región particular. biologia_41_c41_p690-707.indd 691 11/12/12 2:56 PM 692 Unidad 7 Principios de ecología ❯ La estructura de la comunidad se refiere al número y abun- dancia relativa de las especies en un hábitat que cambia con el tiempo. ❮ Vínculo a Coevolución 17.13 Estructura de la comunidad 41.2 El tipo de lugar donde una especie vive normalmente es su hábitat, y todas las especies que viven en un hábitat constituyen una comunidad. Con frecuencia, las comunidades se encuentran una dentro de otra. Por ejemplo, encontramos una comunidad de organismos microbianos dentro del intestino de una termita. Esa termita es parte de una comunidad más grande de organismos que viven en un tronco caído. Los habitantes del tronco son parte de una comunidad del bosque mayor. Incluso las comunidades que son similares en tamaño difieren en su diversidad de especies. Hay dos componentes de la diver- sidad de especies. La primera, la riqueza de especies, se refiere al número de especies. La segunda es la uniformidad de especies, o la abundancia relativa de cada especie. Por ejemplo, un estanque que aloja cinco especies de peces en casi igual número tiene mayor diversidad de especies que un estanque con una especie de pez abundante y cuatro especies poco comunes. La estructura de una comunidad es dinámica. La disposición de las especies y su abundancia relativa cambia con el tiempo. Las comunidades cambian en un largo periodo al formarse y madurar. También cambian repentinamente como resultado de alteraciones naturales y de aquellas inducidas por los humanos. Los factores físicos como el clima y la disponibilidad de recur- sos influyen en la estructura de la comunidad. Los hábitats que son pobres en nutrientes y que tienen condiciones extremas albergan menos especies que aquellos ricos en nutrientes y con condiciones moderadas. La interacción de las especies influye igualmente en el tipo de especies de una comunidad y en su abundancia relativa. En comensalismo Interacción de especies que beneficia a una y no ayuda ni daña a la otra. hábitat Tipo de ambiente en el que normalmente vive una especie. simbiosis Una especie vive dentro de otra o sobre ella en una relación comensal, mutualista o parasitaria. Figura 41.2 Un árbol con helecho comensal. El helecho se beneficia de crecer sobre el árbol y éste no se ve afectado por la presencia del helecho. Efecto en la Efecto en la Tipos de interacción especie 1 especie 2 Comensalismo Benéfico Ninguno Mutualismo Benéfico Benéfico Competencia interespecífica Dañino Dañino Depredación, herbivoría Benéfico Dañino parasitismo, parasitoidismo Tabla 41.1 Tipos de interaccióndirecta de dos especies Para repasar en casa ¿Qué factores afectan los tipos y abundancia de especies en una comunidad? ❯ Los tipos y abundancia de especies en una comunidad se ven afectados por factores físicos como el clima y la inte- racción de las especies. ❯ Una especie puede beneficiarse, ser perjudicada o perma- necer sin cambio en su interacción con otra especie. algunos casos, el efecto es indirecto. Por ejemplo, cuando las aves canoras comen orugas, las aves benefician indirectamente a los árboles de los que se alimentan las orugas, al tiempo que reducen directamente la abundancia de orugas. Podemos agrupar los tipos de interacción directa entre las especies por sus efectos en cada participante (tabla 41.1). Por ejemplo, en el comensalismo una especie se beneficia pero no tiene efecto en la otra. Los helechos comensales viven adheridos al tronco o a las ramas de un árbol (figura 41.2). Tener una percha en la luz bene ficia al helecho y no afecta al árbol. Las relaciones se consideran comensales cuando una especie se beneficia y la otra no se beneficia ni le daña la relación. Si surgen nuevas evidencias de alguno de estos efectos, entonces se clasifica de nuevo la relación. Los otros tipos de interacción de especies se estudiarán en detalle en las secciones siguientes. Aquí sólo haremos notar que la interacción puede ser mutuamente benéfica, mutuamente dañina o beneficiar a una especie, mientras perjudica a la otra. La interac- ción de especies puede ser cambiante o duradera. Simbiosis sig- nifica “vivir juntos”, y los biólogos usan el término para identificar una relación en la que dos especies tienen una asociación cercana que perdura. Sin importar si una especie beneficia o daña a otra, dos espe- cies que interactúan de manera cercana por generaciones pueden coevolucionar. Como se explicó en la sección 17.13, la coevolución es un proceso evolutivo en el que cada especie actúa como un agente selectivo que cambia el rango de variación en la otra. biologia_41_c41_p690-707.indd 692 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 693 ❯ En una interacción mutualista, dos especies se benefician al tomar ventaja la una de la otra. ❮ Vínculos a Endosimbiosis 18.6, Líquenes y micorriza 22.6, Polinizadores 21.7 Para repasar en casa ¿Qué es mutualismo? ❯ Un mutualismo es una interacción de especies en la que cada especie se beneficia de la asociación con la otra. ❯ En cada especie, los individuos que maximizan los beneficios mientras minimizan los costos serán favorecidos. El mutualismo es una interacción específica que beneficia a ambas especies. Por ejemplo, aves, insectos, murciélagos y otros animales polinizan las plantas con flores. Los polinizadores comen néctar y polen. A cambio, los animales transfieren polen entre plantas de la misma especie. De manera similar, muchos animales que comen frutos dispersan en nuevos sitios las semillas. En algunos casos de mutualismo, ninguna de las especies com- pleta su ciclo de vida sin la otra. Las plantas de yuca y las mari- posas que las polinizan tienen esa interdependencia (figura 41.3). En otros casos, el mutualismo es benéfico, pero no un requisito de vida o muerte. La mayoría de las plantas, por ejemplo, tienen más de un polinizador. Los microorganismos mutualistas ayudan a las plantas a obtener los nutrientes que necesitan. Las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven en las raíces de las legumbres, como los chícharos, proveen de oxígeno extra a la planta. Los hongos micorrí zicos que viven dentro de las raíces de las plantas o sobre ellas ayudan a la asimilación de minerales de una planta. Otros hongos interactúan con algas fotosintéticas o con las bacterias, como en los líquenes. Hay cierto conflicto entre los socios en todos los mutualismos. Por ejemplo, en un liquen, los hongos se beneficiarían al conseguir tanta azúcar como les fuese posible de su socio fotosintético. El fotosintetizador se beneficiaría al almacenar tanta azúcar como le fuese posible para su uso propio. En cada especie, la selección natural favorecerá a los individuos que minimizan los costos y maximizan los beneficios. Para algunos mutualistas, el beneficio principal es la defensa. Una anémona de mar tiene células punzantes (nematocitos), de modo que la mayor parte de los peces evita sus tentáculos. Sin embargo, un pez anémona puede resguardarse entre los tentáculos (figura 41.4). Una capa mucosa protege al pez anémona de las picaduras, y los tentáculos la protegen de los peces depredadores. El pez anémona paga el favor a su socio alejando a los pocos peces que pueden comerse los tentáculos de la anémona de mar. Finalmente, vuelve a reflexionar sobre una idea que se pre- sentó en la sección 18.6. Según la teoría de la endosimbiosis, las bacterias aerobias mutualistas que habitaban las primeras células Mutualismo41.3 Figura 41.3 Mutualismo en una ladera montañosa en el desierto alto de Colorado. Sólo una especie de mariposa de yuca poliniza plantas de cada una de las espe- cies de Yucca; ninguna de las mariposas puede completar su ciclo de vida con otra planta. La mariposa madura cuando brotan las flores de la yuca. La hembra tiene par- tes del aparato bucal especializadas que recogen y enrollan en una bola el polen pegajoso. La mariposa vuela a otra flor y perfora su ovario, donde las semillas se for- marán y desarrollarán, y desova adentro. Al arrastrarse la mariposa hacia fuera, empuja una bola de polen hacia la plataforma receptora de polen de la flor. Después de que germinan los granos de polen, levantan tubos polínicos que crecen a través de los tejidos del ovario y condu- cen el esperma a los óvulos de las plantas. Las semillas se desarrollan después de la fertilización. Mientras tanto, los huevos de la mariposa se convierten en larvas que comen unas cuantas semillas y se abren camino royendo hacia fuera del ovario. Las semillas que las larvas no comen generan nuevas plantas de yuca. Figura 41.4 La anémona de mar Heteractis magnifica tiene una asociación mutualista con el pez anémona rosa (Amphiprion perideraion). Este pez pequeño, pero agresivo, persigue a los peces mariposa depredadores que se comerían las puntas de los tentáculos de una ané- mona. La anémona no necesita que la proteja un pez, pero le va mejor con uno. mutualismo Interacción de especies que beneficia a ambas. eucariontes se convirtieron en mitocondrias. Las cianobacterias que vivieron dentro de las células eucariontes desarrollaron cloroplastos mediante un proceso similar. Por lo tanto, todos los eucariontes son producto de mutualismos antiguos. biologia_41_c41_p690-707.indd 693 11/12/12 2:56 PM 694 Unidad 7 Principios de ecología Interacciones competitivas41.4 ❯ Los recursos son limitados, y los individuos de especies dife- rentes compiten a menudo por el acceso a ellos. ❯ La competencia afecta de manera adversa a ambas especies. ❮ Vínculos a Teoría de Darwin 16.4, Selección direccional 17.5 Como Charles Darwin entendió con claridad, la competencia por recursos entre individuos de la misma especie puede ser intensa y llevar a la evolución por selección natural. La competencia interespecífica, competencia entre individuos de diferentes es - pecies, generalmente no es tan intensa. Las necesidades de dos especies pueden ser similares, pero nunca tan cercanas como lo son para los miembros de una misma especie. Cada especie tiene un conjunto único de necesidades y papeles ecológicos a los que denominamos como su nicho ecológico. Fac- tores físicos y biológicos definen este nicho. Los aspectos del nicho de un animal incluyen los límites de temperatura que puede tolerar, las especies que come y los lugares donde se aparea. Una descrip- ción del nicho de una planta con flores incluiría su suelo, agua, luz y los requerimientos de polinizador.Cuanto más similares sean los nichos de dos especies, tanto más intensamente competirán. La competencia toma dos formas. En la competencia por in - terferencia, una especie impide activamente que otra acceda a los mismos recursos. Por ejemplo, una especie de carroñero con frecuencia alejará a otra de un cadáver (figura 41.5). En otro ejemplo, algunas plantas usan armas químicas contra la compe- tencia potencial. Los químicos aromáticos que exudan los tejidos de las plantas de artemisa, los árboles de nogal negro y los árboles de eucalipto se filtran en el suelo alrededor de estas plantas. Las sustancias impiden que otros tipos de plantas germinen o crezcan. En la competencia por explotación, las especies no interactúan directamente; al usar el recurso, cada una le reduce a la otra la cantidad de recursos disponibles. Por ejemplo, los ciervos y las Figura 41.5 Competencia interespecífica entre carroñeros. A El águila real y el zorro rojo se enfrentan por el cadáver de un alce. B En una demonstración espectacular de competencia por interferencia, el águila ataca al zorro con sus garras. Tras el ataque, el zorro se retira y deja que el águila se aproveche del cadáver. charas azules comen bellotas de los bosques de robles. Cuantas más be llotas coman las aves, menos habrá para los ciervos. Efectos de la competencia Los ciervos y las charas azules comparten el gusto por las bellotas, pero tienen otras fuentes de alimento. Cualquier par de especies tiene necesidades de recursos diferentes. Las especies compiten más intensamente cuando el suministro de un recurso compartido es el principal factor limitante para ambas (sección 40.4). En la década de 1930, G. Gause condujo experimentos con dos especies de protozoarios ciliados (Paramecium) que competían por la misma presa: bacterias. Él cultivó las especies de Paramecium aisladas y juntas (figura 41.6). En unas semanas, el crecimiento de la población de una especie superó al de la otra, que se extinguió. Los experimentos de Gause y otros son el fundamento del concepto de competencia por exclusión: cuando dos especies necesitan el mismo recurso limitado para sobrevivir o reproducirse, el mejor competidor llevará a la extinción a la especie menos com- petitiva en ese hábitat. Cuando las necesidades de recursos de los competidores no son exactamente las mismas, las especies pueden coexistir, pero la competencia reduce su número. Por ejemplo, Nelson Hairston demostró los efectos de la competencia entre dos especies de salamandra que coexistían en los bosques. Creó lotes experi- mentales eliminando todos los miembros de una especie o de la otra. Otro grupo de lotes funcionó como controles no alterados. Después de cinco años, el número de salamandras en ambos tipos de lotes de una sola especie se habían incrementado, mien- tras que el número de lotes de control permaneció sin cambios. Hairston concluyó que donde coexistían estas salamandras, la interacción competitiva suprimía el crecimiento de población de ambas especies. biologia_41_c41_p690-707.indd 694 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 695 Repartición de recursos La repartición de recursos es un proceso evolutivo por el que las especies se adaptan para usar un recurso compartido que es li - mitado, de modo que se minimice la competencia. Por ejemplo, tres especies de plantas anuales son comunes en campos abando- nados. Todas ellas necesitan agua y nutrientes, pero cada una se ha adaptado de un modo ligeramente diferente a estas necesidades (figura 41.7). Esta variación permite a las plantas coexistir. De manera similar, ocho especies de pájaro carpintero coexisten en los bosques de Oregón. Todas se alimentan de insectos y hacen sus nidos en troncos huecos, pero los detalles de su comporta- miento alimentario y sus preferencias para construir nidos varían. Las diferencias en el tiempo para anidar también ayudan a redu - cir la interacción de competencia. La repartición de recursos ocurre porque la selección direc- cional tiene lugar cuando las especies con necesidades similares comparten un hábitat y compiten por un recurso limitado. Dentro de cada especie, los individuos que difieren más de las especies competidoras tienen la menor competencia y, por ende, dejan mayor descendencia. A través de las generaciones, la selección direccional lleva al desplazamiento de caracteres: el rango de variación de uno o más rasgos cambia en una dirección que reduce la intensidad de la competencia por un recurso limitado. Un cambio direccional observado recientemente en las dimen- siones de los picos del pinzón mediano (Geospiza fortis) demuestra cómo la competencia puede dar por resultado el desplazamiento de caracteres. El pinzón mediano era la única ave que comía semillas en una de las islas Galápagos, hasta que algunos pinzones grandes (G. magnirostris) llegaron. Cuando la sequía causó una escasez de alimentos, los pinzones medianos con los picos más Para repasar en casa ¿Qué pasa cuando las especies compiten? ❯ En algunos tipos de interacción competitiva, una especie controla o bloquea el acceso a un recurso, sin importar si es escaso o abundante. En otros tipos de interacciones, una es mejor que la otra para explotar un recurso compartido. ❯ Cuando dos especies compiten, se favorece a los individuos cuyas nece- sidades son menos parecidas a las de las especies competidoras. Figura 41.7 La repartición de recursos entre tres especies de plantas anuales en un campo arado, pero abandonado. Las raíces de cada especie toman agua e iones minerales de una distinta profundidad del suelo. Esta diferencia reduce la competencia entre las especies y les permite coexistir. persicania asparagus cola de zorro malva indiana 100 80 60 40 20 0 P ro fu nd id ad d el s ue lo ( ce nt ím et ro s) raíces de persicania raíces de malva indiana raíces de asparagus cola de zorro competencia interespecífica Competencia entre dos especies. desplazamiento de caracteres Resultado de la competencia entre dos especies; los rasgos similares que provocan la competencia se vuelven diferentes. exclusión competitiva Proceso por el que dos especies compiten por un recurso limitado y una lleva a la otra a la extinción local. nicho ecológico Todas las necesidades y roles de una especie en un ecosistema. repartición de recursos Las especies se adaptan de diferentes mane- ras para tener acceso a diferentes partes de un recurso limitado; lo que permite que las especies con necesidades similares coexistan. 0 4 8 12 16 20 24 Tiempo (días) Tiempo (días) Tiempo (días) D en si d ad r el at iv a d e p ob la ci ón D en si d ad r el at iv a d e p ob la ci ón D en si d ad r el at iv a d e p ob la ci ón 0 4 8 12 16 20 24 0 4 8 12 16 20 24 P. caudatum sola P. aurelia sola Ambas especies juntas Figura 41.6 Animada Resultados de la competencia por exclusión entre dos especies de Paramecium que compiten por el mismo alimento. Cuando las dos especies crecieron juntas, P. aurelia llevó a P. caudatum a la extinción. Paramecium grandes se vieron en desventaja selectiva. Estas aves de grandes picos y tamaño mediano tenían que competir por las pocas semi- llas grandes contra las nuevas aves grandes. Las aves de picos pequeños no tenían competencia por las semillas más pequeñas que preferían. Como resultado, era más probable que los pinzones medianos de picos grandes murieran de inanición. Las muertes diferenciales provocaron un cambio en el tamaño promedio de los picos de la población de pinzones medianos; los picos se volvieron significativamente más cortos y menos profundos. biologia_41_c41_p690-707.indd 695 11/12/12 2:56 PM 696 Unidad 7 Principios de ecología Depredación y herbivoría 41.5 ❯ La depredación y la herbivoría son tipos de interacciones a corto plazo en las que una especieobtiene nutrientes y energía alimentándose de otra. ❮ Vínculos a Ricino 9.1, Coevolución 17.13 Depredador y abundancia de presas Con la depredación, una especie (depredador) captura, mata y digiere otra especie (presa). La abundancia de la especie de presas en una comunidad tiene efecto en cuántos depredadores puede alojar. El número de depredadores reduce el número de presas, pero el grado de este efecto depende, en parte, de cómo el depre- dador responda a los cambios en la densidad de presas. Con algunos depredadores, como las arañas tejedoras, la proporción de presas capturadas es constante, de modo que el número atrapado en cualquier intervalo dado depende exclu- sivamente de la densidad de presas. Al aumentar el número de moscas en una superficie, más y más se quedan atrapadas en las telarañas. Con más frecuencia, el número de presas capturadas depende en parte del tiempo que le lleva a los depredadores capturarlas, comerlas y digerirlas. Al incrementarse la densidad de presas, se 0 1845 Tiempo (años) 1865 1885 1905 1925 20 40 60 80 100 120 140 160 N ú m e ro d e p ie le s to m a d a s (× 1 0 0 0 ) Figura 41.8 Gráfica del número de linces canadienses (línea de guiones) y de liebres árticas (línea continua), basada en conteos de las pieles ven- didas por cazadores a la compañía Hudson’s Bayen durante un periodo de 90 años. incrementa de manera marcada la tasa de capturas porque hay más presas que atrapar. Con el tiempo, la tasa de incremento será menor, porque un depredador se expone a más presas de las que puede manejar a la vez. Un lobo que acaba de matar a un caribú no cazará otro hasta que haya comido y digerido al primero. Las poblaciones de depredadores y de presas a veces aumentan y decaen de manera cíclica. Por ejemplo, la figura 41.8 muestra información histórica del número de linces y su presa más impor- tante: la liebre ártica. Ambas poblaciones aumentan y decaen en un ciclo de cerca de 10 años, con la abundancia de depredadores a un ritmo menor que la abundancia de presas. Los estudios de campo indican que el número de linces fluctúa principalmente en relación con la cantidad de liebres. Sin embargo, el tamaño de la población de liebres es afectado por la abundancia de comida y por el número de linces. Las poblaciones de liebres continúan creciendo y decayendo incluso cuando los depredadores se exclu- yeron experimentalmente de la zona. Coevolución de depredadores y presas El depredador y la presa ejercen mutua presión selectiva. Supongamos que una mutación da a los miembros de la especie de presas una defensa más eficaz. Tras generaciones, la selec- ción direccional hará que esta mutación se amplíe en la nueva población de presas. Si algunos miembros de una población de depredadores tienen un rasgo que contra rresta fácilmente la nueva defensa, estos depredadores y sus descendientes tendrán ventaja. Por lo tanto, los depredadores ejercen presión selectiva que favorece la mejor defensa de la presa, que a su vez ejerce presión selectiva sobre el depredador, y así durante generaciones. Has aprendido sobre algunas adaptaciones defensivas. Muchas especies de presas tienen partes duras o filosas que las hacen difíciles de comer. Piensa en la concha de un caracol o en las púas de un erizo de mar. Otras especies contienen químicos que tienen un sabor desagradable o que enferman a los depredadores. La mayor parte de las toxinas de animales vienen de las plantas que comen. Por ejemplo, la oruga de una mariposa monarca ingiere químicos de la planta de Asclepia de la que se alimenta. Un ave que después se coma a la mariposa se enfermará a causa de estos químicos. Las presas con buenas defensas a menudo poseen coloración de advertencia: un patrón de colores ostentosos que los depredado- res aprenden a evitar. Por ejemplo, muchas especies de avispas y abejas tienen un patrón de franjas negras y amarillas (figura 41.9A). La apariencia similar de abejas y avispas es un ejemplo de mimetismo: un patrón evolutivo en el que una especie se ase- meja a otra. Las abejas y las avispas se benefician de su apariencia similar. Cuanto más frecuente un depredador sea picado por un insecto de franjas negras y amarillas, lo menos probable será que ataque a un insecto parecido. En otro tipo de mimetismo, la presa se hace pasar por una especie que tiene un mecanismo de defensa de la que carece. Por ejemplo, algunas biologia_41_c41_p690-707.indd 696 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 697 Figura 41.9 Mimetismo. Algunas especies de insectos comestibles se asemejan a especies tóxicas o desagradables al gusto con las que no están relacionadas. A Una avispa que puede infligir un piquete doloroso. B Una mosca, sin aguijón, imita el patrón de colores de la avispa. A Postura defensiva parecida a un junco de un avetoro. El ave incluso se balancea como un junco. B Las partes corrugadas del cuerpo de la mantis de las flores la esconde de las presas atraídas por las flores reales. C Las protuberancias carnosas le dan a un cabracho depre- dador la apariencia de una roca cubierta por algas. Los peces que se alimentan de éstas y que se acercan por un bocado terminan como presas. Figura 41.10 Camuflaje en presas y depredadores. herbivoría Cuando un animal que se alimenta de partes de plantas. mimetismo Especie que desarrolla rasgos que hacen que su apariencia sea similar a otra especie. depredación Cuando una especie captura, mata y se come a otra. Para repasar en casa ¿Cuáles son los efectos evolutivos de la depredación y la herbivoría? ❯ La depredación beneficia a los depredadores y daña a las presas. El número de depredadores algunas veces fluctúa en respuesta a la dis- ponibilidad de presas. ❯ Los depredadores pueden coevolucionar con su presa. Los herbívoros coevolucionan con las plantas que comen. ❯ Con el mimetismo, una especie se beneficia de su parecido con otra especie. moscas que no pueden picar se asemejan a las abejas o avispas que sí lo hacen (figura 41.9B). La mosca se beneficia cuando los depredadores la evitan después de un encuentro con las especies con el mecanismo de defensa que se parecen. Otra adaptación a la depredación es un último truco que puede asustar a un depredador que lo ataca. La sección 1.7 describía cómo una mancha en forma de ojo o un sonido silbante protegía a algu- nas mariposas. De manera similar, la cola de una lagartija puede separarse del cuerpo y agitarse un poco como distracción. Los zo rrillos pueden expeler un repelente apestoso e irritante. Muchas presas tienen camuflaje –una forma, patrón, color y con frecuencia comportamiento– que los ayuda a mezclarse con el área circundante y evitar ser detectadas (figura 41.10A). Los depredadores también se benefician del camuflaje (figura 41.10B,C). Otras adaptaciones de los depredadores incluyen dien- tes y garras afilados que pueden perforar las partes duras protec- toras. Las presas veloces son preferidas por los depredadores más rápidos. Por ejemplo, el guepardo, el animal terrestre más rápido, puede correr 114 kilómetros por hora. Su presa predilecta, las gace- las Thomson, corren a 80 kilómetros por hora. Coevolución de herbívoros y plantas Con la herbivoría, un animal come una planta o partes de una planta. El número y tipo de plantas en una comunidad puede influir el número y tipo de herbívoros presente. Dos tipos de defensas han evolucionado en respuesta a la her- bivoría. Algunas plantas se han adaptado para resistir y recobrarse rápidamente de la herbivoría. Por ejemplo, los pastos de la pradera rara vez son destruidos por los animales que pastan, como el bisonte. Los pastos tienen un alta tasa de crecimiento y almacenan suficientes recursos en las raíces, para recuperar los brotes perdidos. Otras plantas tienen rasgos que disuaden la herbivoría. Tales rasgosincluyen espinas o púas, hojas duras difíciles de masticar o digerir y químicos de sabor desagradable o que enferman a los herbívoros. Ricino, la toxina producida por las plantas de ricino (sección 9.1), enferma a los herbívoros. La cafeína en los granos de café y la nicotina en las hojas de tabaco han desarrollado defensas contra los insectos. Las defensas de las plantas favorecen a los herbívoros capaces de superar esas defensas. Por ejemplo, las hojas de eucalipto con- tienen toxinas que las hacen venenosas para la mayor parte de los mamíferos, pero no a los koalas. Sus enzimas hepáticas especiali- zadas permiten a los koalas descomponer las toxinas producidas por unas pocas especies de eucalipto. biologia_41_c41_p690-707.indd 697 11/12/12 2:56 PM How Living Things Are Alike1.3 698 Unidad 7 Principios de ecología ❯ Algunas especies se benefician obteniendo nutrientes de otras especies o engañándolas para que proporcionen cuidado paterno. ❮ Vínculos a Lamprea 24.3, Cuco 39.3 Parásitos, parásitos de cría y parasitoides41.6 Parasitismo Con el parasitismo, una especie (parásito) se beneficia de alimentarse de otro (hospedero) sin matarlo de inmediato. Los endoparásitos, como los gusanos nemátodos, viven y se alimentan dentro de su hospedero. Un ectoparásito, como la garrapata, se alimenta mientras se encuentra adherida a la superficie externa de un hospedero (figura 41.11). Un estilo de vida parasitario se ha desarrollado en miembros de una gran variedad de grupos. Los parásitos bacterianos, fúngicos, protistas e invertebrados se alimentan de vertebrados. Las lam- preas (sección 24.3) se adhieren y se alimentan de otros peces. Hay incluso algunas plantas parásitas que obtienen nutrientes de otras plantas (figura 41.12). Por lo general, los parásitos no matan de inmediato a su anfitrión. En términos de evolución adaptativa, matar a un anfitrión muy rápido no es bueno para el parásito. Lo ideal es que el hospedero viva lo suficiente para dar tiempo al parásito para tener descendencia. Cuanto más tiempo sobreviva el hospedero, tanta más descendencia puede tener el parásito. De este modo, los parásitos cuyo efecto no es tan fatal en los hospederos tienen una ventaja selectiva. Aunque los parásitos no matan por lo común a sus hospede- ros, pueden tener un impacto significativo en una población de éstos. Muchos parásitos son patógenos: causan enfermedad en los hospederos. Incluso cuando un parásito no causa síntomas obvios puede debilitar a un hospedero, de modo que lo hace más vulnera ble a la depredación o menos atractivo a las posibles pare- jas. Algunos parásitos pueden volver estériles a sus hospederos. Algunos cambian la proporción de cada sexo en los nacimientos en la descendencia del hospedero. Figura 41.12 Cuscuta, también conocida como bejuquillo o bejuco fideo. Esta planta parásita casi no tiene clorofila. Los tallos sin hojas envuelven una planta anfitriona, y las raíces modificadas absorben agua y nutrientes del tejido vascular del anfitrión. Figura 41.11 Garrapatas endoparásitas adheridas y chupando la sangre de un pinzón. Las adaptaciones a un estilo de vida parasitario incluyen los rasgos que permiten a los parásitos localizar a los hospederos y alimentarse sin ser detectados. Por ejemplo, las garrapatas que se alimen tan de mamíferos o aves se moverán hacia una fuente de calor y de dióxido de carbono, que puede ser un hospedero potencial. Un químico en la saliva de las garrapatas actúa como anestésico local y evita que el hospedero note a la garrapata que se alimenta. Los endoparásitos a menudo tienen características que los ayudan a evadir las defensas inmunes de un hospedero. Entre los hospederos, las características que minimizan los efectos negativos de los parásitos confieren una ventaja selectiva. Por ejemplo, el alelo que causa la anemia falciforme, persiste en grandes cantidades en algunas poblaciones de humanos, porque tener una copia del alelo incrementa las expectativas de sobrevivir a la malaria. Acicalarse y lamerse son adaptaciones que minimizan el impacto de ectoparásitos. Algunos animales producen químicos que interfieren con la actividad parasitaria. Por ejemplo, el mérgulo empenachado (un tipo de ave marina) produce una secreción de esencia cítrica que repele a las garrapatas. Extraños en el nido Mediante el parasitismo de cría, una especie que pone huevos se be ne ficia al hacer que otra cuide de su descendencia. Los cucos euro peos descritos en la sección 39.3 son parásitos de cría como los tor dos de Norteamérica (figura 41.13). Al no tener que preo- biologia_41_c41_p690-707.indd 698 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 699 cuparse decuidar a sus crías, permite a una hembra de tordo poner un gran número de huevos, en algunos casos hasta 30 en una sola temporada reproductiva. Los parásitos de cría disminuyen la tasa reproductiva de la especie hospedero y favorece a los individuos hospederos que pueden detectar y expulsar a las crías extrañas. Algunos parásitos de crías evaden esta defensa del hospedero al producir huevos que se parecen mucho a los de la especie anfitriona. En los cucos, dife- rentes subpoblaciones tienen distintas preferencias de hospederos y coloración de huevos. Las hembras de cada subpoblación ponen huevos que se parecen mucho a los de su hospedero preferido. El parasitismo de cría también se desarrolló en algunas especies de abejas. Hembras de algunas especies ponen huevos en el nido de una especie de abeja diferente. Las larvas de la abeja parásita se comen la comida almacenada por el hospedero para sus larvas así como a las larvas del anfitrión. Parasitoides Los parasitoides son insectos que ponen sus huevos en otros insectos. Las larvas se incuban, se desarrollan en el cuerpo del hospedero, comen sus tejidos y, con el paso del tiempo, lo matan. Las moscas jorobadas que matan hormigas de fuego, descritas en la sección 41.1 son un ejemplo. Hasta 15 por ciento de todos los insectos pueden ser parasitoides. Los parasitoides reducen de dos maneras el tamaño de la población de un anfitrión. Primera, al crecer las larvas parasitoides dentro de su hospedero, obtienen nutrientes y evitan que se repro- duzca. Segunda, estas larvas incidentalmente llevan al hospedero a la muerte. Figura 41.14 Agente de control biológico: una avispa parasitoide criada comercialmente a punto de depositar un huevo fertilizado en un áfido. Esta avispa reduce las poblaciones de áfidos. Después de que se incuba el huevo, la larva de la avispa devora al áfido desde dentro. Figura 41.13 Un tordo con su padre adoptivo. Una hembra de tordo mini- miza el costo del cuidado materno poniendo sus huevos en los nidos de otras especies de aves. parasitismo Relación en la que una especie obtiene nutrientes de otra especie, sin matarla de inmediato. parasitismo de cría Especie que pone huevos y se beneficia haciendo que otra cuide de su descendencia. parasitoide Insecto que pone huevos en otro insecto y cuyas crías devoran a su anfitrión desde el interior. Para repasar en casa ¿Cuáles son los efectos de los parásitos, parásitos de cría y parasitoides? ❯ Los parásitos reducen la tasa reproductiva de individuos hospederos al tiempo que obtienen nutrientes de ellos. ❯ Los parásitos de cría reducen el índice reproductivo de los hospederos al engañarlos para que cuiden de crías que no son las propias. ❯ Los parasitoides reducen el número de organismos hospederos al evitar que se reproduzcan y, finalmente, matando al hospedero. Controles biológicos Los parásitos y parasitoides se crían comercialmente y se liberan en áreas escogidas como agentes de control biológico. Se los pro- mueve como alternativa ecológica a los pesticidas. La mayor parte de pesticidas químicos matan una amplia variedad de insectos. En contraste, los agentes de controlbiológico generalmente tienen como objetivo un limitado número de especies. Las moscas joro- badas que atacan hormigas de fuego y la avispa parasitoide en la figura 41.14 son ejemplos de agentes de control biológico. Para que una especie sea un agente de control biológico eficaz, debe adaptarse para tomar ventaja de una especie específica de hospedero y para sobrevivir en el hábitat de esa especie. El agente de control biológico ideal puede encontrar fácilmente un hospedero, tiene una tasa de crecimiento de población comparable a la de su hospedero y tiene descendencia que puede dispersarse muy bien. El introducir una especie en una comunidad como un control biológico implica algunos riesgos. Los parásitos introducidos a veces atacan especies que no se planeaba, además o en vez de las que se esperaba controlar. Por ejemplo, se introdujeron parasitoides en Hawái para controlar las pudentas que se alimentaban de algunos cultivos. En vez de eso, los parasitoides diezmaron la población de Coleotichus, el más extendido insecto nativo. Los parasitoides intro- ducidos también han estado implicados en el declive de muchas poblaciones de mariposas y polillas nativas de Hawái. biologia_41_c41_p690-707.indd 699 11/12/12 2:56 PM 700 Unidad 7 Principios de ecología ❯ La variedad de especies en una comunidad depende de fac- tores físicos (como el clima), factores biológicos (como qué especies llegaron primero) y frecuencia de las alteraciones. ❮ Vínculos a Musgos 21.3, Líquenes 22.6 Sucesión ecológica41.7 Figura 41.15 En la región de Glacier Bay en Alaska, un camino conocido de sucesión primaria. A Al retirarse el glaciar, el agua del glaciar derretido filtra minerales de las rocas y la grava que han quedado atrás. B Las especies pioneras incluyen líquenes, musgos y algunas plantas con flores como Dryasoctopetala, que se asocian con bacterias fijadoras de nitrógeno. En 20 años, semillas de aliso, álamo y sauce se arraigarán. Los alisos también tienen simbion tes que fijan nitrógeno. C En 50 años, los alisos forman matorrales densos y maduros. D Después de 80 años, la cicuta occidental y los abetos desplazarán a los alisos. E En las áreas abandonadas por el glaciar por más de un siglo, el abeto Sitka dominará. BA C D E Cambios en la sucesión La composición de especies en una comunidad puede cambiar con el tiempo. Las especies a menudo alteran su hábitat de forma que permiten que otras especies lleguen y las reemplacen. Llamamos a este tipo de cambio sucesión ecológica. El proceso de sucesión empieza con la llegada de especies pioneras, especies que son colonizadores oportunistas de hábitats nuevos o recién abandonados. Las especies pioneras tienen altas tasas de dispersión, crecen y maduran con rapidez y producen mucha descendencia. Más tarde, otras especies reemplazan a los pioneros. Luego, los reemplazos son reemplazados, y así sucesi- vamente. La sucesión primaria es un proceso que comienza cuando las especies pioneras colonizan un hábitat inhóspito sin suelo, como una isla volcánica o la tierra expuesta por la retirada de un glaciar (figura 41.15). Los primeros pioneros que colonizan un hábitat son a menudo musgos y líquenes (sección 21.3 y 22.6), que son pequeños, tienen un ciclo de vida corto y pueden tolerar luz de sol intensa, cambios extremos de temperatura y suelo escaso o nulo. Algunas plantas con flores y con semillas que dispersa el viento también son típicos pioneros primarios. Los pioneros ayudan a formar y mejorar el suelo. Al hacerlo, con frecuencia preparan el camino para su nuevo reemplazo. Muchas especies pioneras se asocian con bacterias fijadoras de nitrógeno, de modo que puedan crecer en hábitats pobres en nitrógeno. Las semillas de especies posteriores encuentran refugio dentro de los tapetes de los pioneros. Los desechos y restos orgánicos se acumu- lan y, al agregar volumen y nutrientes al suelo, este material ayuda a otras especies a arraigarse. Las posteriores especies sucesivas a menudo opacan y desplazan a las primeras con el tiempo. En la sucesión secundaria, un área alterada dentro de una comunidad se recupera. Si hay suelo mejorado, la sucesión secundaria puede ocurrir rápidamente. Ocurre por lo común en campos agrícolas abandonados y bosques quemados. Factores que influyen en la sucesión Cuando apareció el concepto de sucesión ecológica a finales del siglo XIX, se pensaba que era un proceso predecible y direccional. Los factores físicos como el clima, la altitud y el tipo de suelo se consideraban los principales factores determinantes de qué tipo de especie aparecería y en qué orden en la sucesión. Dentro de esta perspectiva, la sucesión culmina en una “comunidad de clímax”: un arreglo de especies que persistirá con el tiempo y se reconstituirá en caso de alteraciones. Los ecologistas ahora saben que la composición de especies de una comunidad cambia con frecuencia y de modos impredecibles. Las comunidades no transitan sobre un camino bien recorrido a estados de clímax predeterminados. Eventos azarosos pueden determinar el orden en que las especies llegan a un hábitat y afectar, entonces, el curso de la sucesión. La llegada de cierta especie puede hacer más fácil o difícil para otras arraigarse. Por ejemplo, la Phyllospadix scouleri puede crecer a lo largo de la costa sólo si las algas han biologia_41_c41_p690-707.indd 700 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 701 Figura 41.16 Un laboratorio natural para la sucesión después de la erupción del Monte Santa Elena. A La comunidad en la base de este volcán en las Cascadas se destruyó. B En menos de una década habían brotado especies pioneras. C Doce años después, las semillas de la especie dominante, el abeto de Douglas, se habían arraigado. C B A colonizado esa área. Las algas actúan como un lugar de anclaje para el pasto. En contraste, cuando la artemisa se establece en un hábitat seco, las sutancias que secreta en el suelo alejan a la mayor parte de las otras plantas. Los ecologistas tuvieron la oportunidad de investigar estos factores después de que la erupción del Monte Santa Elena en 1980 arrasó cerca de 60 kilómetros cuadrados de bosques en el estado de Washington (figura 41.16). Los ecologistas registraron el patrón natural de colonización y llevaron a cabo experimentos en lotes de terreno dentro de la zona de explosión. Los resultados mostraron que algunos pioneros ayudaron a plantas que llegaron después a establecerse. Otros pioneros alejaron a esas mismas otras especies. Las alteraciones también tuvieron influencia en la composición de las especies en las comunidades. De acuerdo con la hipótesis de perturbación intermedia, la riqueza de las especies es mayor en las comunidades donde las alteraciones son moderadas en intensidad y frecuencia. En tales hábitats hay tiempo suficiente para que los nuevos colonos lleguen y se establezcan, pero no sufi- ciente para que la exclusión competitiva cause la extinción En resumen, la perspectiva actual sobre la sucesión mantiene que la composición de especies de una comunidad se ve afectada por 1) los factores físicos como el suelo y el clima, 2) eventos azarosos como el orden en que llegan las especies y 3) la extensión de las alteraciones en el hábitat. Ya que los factores dos y tres varían a menudo, incluso entre dos áreas geográficamente cerca- nas, es por lo común difícil predecir con exactitud cómo se verá una comunidad específica en el futuro. especies pioneras Especies que pueden colonizar un nuevo hábitat. hipótesis de perturbación intermedia La riqueza de las especies es mayor en las comunidades donde las alteraciones son moderadas en intensidad y frecuencia. sucesión primaria Una nueva comunidad se establece en un área donde no había suelo antes. sucesión secundaria Una nueva comunidad se desarrolla en un lugar donde el sueloque sostenía a una antigua comunidad permanece. Menor Poco después Mucho después Mayor Frecuente Raro R iq ue za d e es p ec ie s Alta Baja Perturbación: Para repasar en casa ¿Qué es la sucesión ecológica? ❯ La sucesión es un proceso en el que un grupo de especies reemplaza a otro con el tiempo. Puede ocurrir en un hábitat inhóspito (sucesión primaria) o en una región donde hubiese existido una comunidad antes (sucesión secundaria). ❯ Los factores físicos afectan la sucesión al igual que la interacción y alteraciones entre las especies. Como resultado, el curso que tomará la sucesión en una comunidad en particular es difícil de predecir. biologia_41_c41_p690-707.indd 701 11/12/12 2:56 PM 702 Unidad 7 Principios de ecología Interacción entre especies e inestabilidad de la comunidad41.8 ❯ La pérdida o arribo de una especie puede desestabilizar el número y abundancia de especies en la comunidad. ❯ Algunas especies que se adaptaron a la perturbación se encuentran en desventaja competitiva si no ocurre la alteración. El papel de las especies clave Una especie clave es una especie que tiene un efecto despro- porcionadamente grande en una comunidad en relación con su abundancia. Robert Paine fue el primero en describir el efecto de una especie clave después de sus estudios en las costas rocosas de California. Las especies de la zona intermareal rocosa resisten las fuertes olas mientras se aferran a las rocas. Una roca a la que asirse es un factor limitante. Paine estableció lotes de control con la estrella de mar Pisaster ochraceus y su presa principal –quitones, lapas, percebes y mejillones–. Luego removió todas las estrellas de mar de sus lotes experimentales. Las estrellas de mar hacen presa principalmente a los meji- llo nes. Al retirarse las estrellas de mar de los lotes experimen- tales, los mejillones predominaron, sin dejar lugar para otras siete especies de invertebrados. Paine concluyó que las estrellas de mar eran una especie clave. Ellas generalmente mantienen un gran número de especies de presas en la zona intermareal al prevenir la exclusión competitiva de los mejillones. El impacto de una especie clave puede variar entre hábitats que difieran en el arreglo de sus especies. Por ejemplo, Jane Lub- chenco descubrió que los caracoles vincapervinca (figura 41.17A) pueden incrementar o disminuir la diversidad de especies de algas Figura 41.18 Adaptados a las perturbaciones, algunos arbustos perennes, como esta planta de Heteromeles arbutifolia, vuelven a brotar de sus raíces después de un incendio. En ausencia de incendios ocasionales, estas plantas pierden la competencia y son desplazadas por especies que crecen más rápido, pero son menos resistentes al fuego.Figura 41.17 El efecto de la competencia y la depredación en una zona intermareal. A Los caracoles vincapervinca (Littorina littorea) son una especie clave que afecta el número de especies de algas de maneras diferentes en distintos hábitats de marea. B En las pozas, los caracoles vincapervinca comen las algas que son los competidores más eficaces y entonces ayudan a la supervivencia de especies de algas menos competitivas que de otra manera se verían superadas. C En las rocas expuestas sólo a la marea alta, los caracoles vincapervinca comen a las algas que son los competidores menos eficaces, y de esa manera ayudan al crecimiento de las especies más com- petitivas. 12 10 8 6 4 0 2 0 100 200 300 0 100 200 300 D iv er si d ad d e es p ec ie s d e al g as Caracoles vincapervinca por metrocuadrado 12 10 8 6 4 0 2 Caracoles vincapervinca por metro cuadrado D iv er si d ad d e es p ec ie s d e al g as dependiendo del hábitat. En las pozas los caracoles vincapervinca prefieren consumir algas que pueden crecer más que otras espe- cies de algas. Al mantener en línea al alga que compite mejor, los caracoles vincapervinca ayudan a otras algas, menos competitivas, a sobrevivir (figura 41.17B). En las rocas de la zona intermareal baja domina un alga roja. Aquí, los caracoles vincapervinca se alimentan de algas menos competitivas y le dan al competidor dominante mayor ventaja (figura 41.17C). Entonces, los caracoles vincapervinca promueven la diversidad de especies en las pozas, pero la reducen en las rocas intermareales. Las especies clave no tienen que ser depredadores. Por ejemplo, los castores pueden ser una especie clave. Estos grandes roedores cortan árboles royendo sus troncos. Los castores usan los árboles caídos para construir una presa, que crea una piscina honda donde no habría mucha corriente. Al alterar las condiciones físicas en una sección de la corriente, el castor afecta los tipos de peces e inverte- brados acuáticos que pueden vivir ahí. Adaptación a las perturbaciones En las comunidades sujetas repetidamente a tipos particulares de perturbaciones, los individuos que soportan o se benefician de esas perturbaciones tienen una ventaja selectiva. Por ejemplo, algunas plantas en áreas sujetas a incendios periódicos producen semillas que germinan sólo después de un incendio. Las semillas de estas plantas se benefician de la falta de competencia de los recursos. Otras plantas tienen la capacidad de brotar nuevamente después de un fuego (figura 41.18). Ya que diferentes especies responden de manera diferente al fuego, la frecuencia del incendio afecta la interacción competitiva. Cuando los incendios ocurridos de manera natural se apagan, las especies adaptadas al fuego pierden su ventaja competitiva y pueden ser superadas por especies que dedican toda su energía biologia_41_c41_p690-707.indd 702 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 703 Para repasar en casa ¿Qué tipo de cambios alteran la estructura de una comunidad? ❯ Eliminar una especie clave puede alterar la diversidad de especies en una comunidad. ❯ Cambiar la frecuencia de una alteración puede favorecer a algunas espe- cies sobre otras. ❯ Introducir una especie exótica puede amenazar a las especies nativas. especie clave Especie que tiene un efecto desproporcionadamente grande en la estructura de una comunidad. especie exótica Especie que se desarrolló en una comunidad y después se estableció en una comunidad diferente. especie indicadora Especie que es especialmente sensible a las per- turbaciones y puede monitorearse para evaluar la salud de un hábitat. A Kudzu, nativa de Asia, está cubriendo los árboles del sureste de Estados Unidos. B Las polillas gitanas, nativas de Europa y Asia, se alimentan de los robles a lo largo de buena parte de Estados Unidos. C Las nutrias, nativas de Sudamérica, abundan en los pan- tanos de agua dulce en los estados que limitan con el Golfo de México. Figura 41.19 Tres especies exóticas que están perturbando comunidades naturales en Estados Unidos. Para aprender más sobre las especies invasoras de ese país, visita el Centro de Información Nacional sobre Especies Invasoras en línea disponible en: www.invasivespecies.info.gov. a hacer crecer brotes, en vez de almacenar algunos bajo tierra para alistarse en un intento de volver a crecer. Algunas especies son sensibles específicamente a las per- turbaciones del ambiente. Estas especies indicadoras son las primeras en disminuir sus poblaciones cuando las condiciones cambian, por lo que pueden dar una advertencia temprana de degradación ambiental. Por ejemplo, la declinación de la población de truchas puede ser un signo temprano de problemas en una co rriente porque las truchas son muy sensibles a los con- taminantes y no pueden tolerar niveles bajos de oxígeno. Especies introducidas El arribo de una nueva especie a una comunidad puede también causar cambios extremos. Cuando se escucha hablar de modo muy entusiasta sobre especies exóticas, se puede apostar con confianza de que no se trata de un ecologista. Una especieexótica es un residente de una comunidad establecida que se dispersa más allá de los límites de su hogar y se establece en otra parte. A diferencia de la mayor parte de las importaciones, que nunca se arraigan fuera de casa, una especie exótica se convierte en un miembro permanente de su nueva comunidad. En Estados Unidos se han establecido más de 4500 especies exóticas. Se estima que 25 por ciento de las especies de plantas y animales de Florida son exóticos. En Hawái, 45 por ciento son exóticos. Algunas especies se llevaron para uso como alimento, para embellecer los jardines o para obtener telas. Otras especies, incluidas las hormigas de fuego importadas, llegaron como poli- zones con la carga de regiones distantes. Una de las más notables especies exóticas es una enredadera llamada kudzu (Pueraria lobata). Nativa de Asia, se introdujo al sureste de Estados Unidos como comida para ganado y para controlar la erosión. Pronto se volvió una hierba invasiva. La kudzu creció sobre los árboles, los postes de teléfono, las casas y casi todo en su camino (figura 41.19A). Las polillas gitanas (Lymantria dispar) son una especie exótica nativa de Europa y Asia. Llegaron al noreste de Estados Unidos a mediados del siglo XVIII y ahora ocupan el sureste, el medio oeste y Canadá. Las orugas de la polilla gitana (figura 41.19B) se alimen- tan preferentemente de robles. Las hojas que pierden los árboles por las polillas gitanas los hacen competidores menos eficientes y más susceptibles a los parásitos. Grandes roedores semiacuáticos llamados nutrias roedoras o coipú (Myocastor coypus) se importaron desde Sudamérica por su piel y se les liberó en la naturaleza en 1940. En los estados que limitan con el Golfo de México, las nutrias proliferan en pan- tanos de agua dulce (figura 41.19C). Su apetito voraz amenaza a la ve ge tación nativa. Además, sus madrigueras contribuyen a la erosión de los pantanos biologia_41_c41_p690-707.indd 703 11/12/12 2:56 PM 704 Unidad 7 Principios de ecología Patrones biogeográficos en la estructura de la comunidad41.9 ❯ La riqueza y relativa abundancia de las especies es diferente de una región del mundo a otra. ❮ Vínculo a Biogeografía 16.2 La biogeografía es el estudio de cómo se distribuyen las especies en el mundo natural (sección 16.2). La riqueza de especies, el número de especies en un área, se correlaciona con diferencias en la luz del sol, la temperatura, la precipitación pluvial y otros facto- res que varían con la latitud, elevación o profundidad del agua. La historia de un hábitat también afecta a la riqueza de especies. Patrones de latitud Tal vez el más impresionante patrón de la riqueza de especies corresponde a la distancia con el ecuador. Para la mayor parte de los grandes grupos de plantas y animales, el número de especies es mayor en el trópico y decae del ecuador a los polos. La figura 41.20 ilustra un ejemplo de este patrón. Considera sólo algunos factores que ayudan a crear este patrón latitudinal y mantenerlo. Primero, las latitudes tropicales inter- ceptan luz solar más intensa y reciben más precipitación pluvial, y su temporada de crecimiento es más larga. En esta forma, la disponibilidad de recursos tiende a ser mayor y más confiable en los trópicos que en otras partes. Un resultado es que las in - terre laciones especializadas no son posibles donde las especies están activas en periodos más cortos. Segundo, las comunidades tropicales han estado desarrollándose por largo tiempo. Algunas comunidades templadas no se empezaron a formar hasta el fin de la Era de Hielo. Tercero, la riqueza de las especies puede auto- rreforzarse. El número de especies en los bosques tropicales es mucho mayor que en los bosques comparables en latitudes ma - yores. Donde más especies de plantas compitan y coexistan, más especies de her bívoros pueden coexistir, en parte porque ningu - na especie de her bívoro puede superar todas las defensas quími- cas de todas las plantas. Además, se desarrollan más depreda- dores y parásitos en respuesta a más tipos de presas y anfitriones. Los mismos principios aplican a los arrecifes tropicales. 200 100 0 90°N 60 30 0 30°S 60 R iq ue za d e es p ec ie s90°N 40°N 0° 40°S 90°S ❯❯ Adivina: Houston, Texas, está 30 grados latitud norte y Minneápolis, Minnesota, está 45 grados latitud norte. ¿Dónde esperarías encontrar más especies de hormigas? Figura 41.20 Riqueza de especies de hormigas por latitud. Respuesta: Houston Figura 41.21 Colonizaciones de islas. A Surtsey, una isla volcánica, en 1983. B Gráfica del número de especies de plantas vasculares encontradas en los estudios anuales. Las gaviotas empezaron a anidar en la isla en 1986. 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 N úm er o d e es p ec ie s d e p la nt as v as cu la re s 60 50 40 30 20 10 0 A B Patrones de islas Las islas son laboratorios naturales para los estudios de poblacio- nes y comunidades. Por ejemplo, a mediados de la década de 1960, erupciones volcánicas formaron una nueva isla a 33 kilómetros de la costa de Islandia. Se llamó a la isla Surtsey. Los primeros colonos fueron bacterias y hongos. La primera planta vascular se estableció en la isla en 1965. Los musgos aparecieron dos años después y prosperaron (figura 41.21A). Se encontraron los primeros líquenes cinco años más tarde. La tasa de nuevos arribos de plantas vascula- res aumentó después de que una colonia de gaviotas se estableció en 1986 (figura 41.21B). El número de especies en Surtsey no continuará creciendo por siempre. ¿Cuántas especies habrá cuando el número se estabilice? El modelo de equilibrio de biogeografía de islas enfrenta esta cuestión. De acuerdo con este modelo, el número de especies que vive en una isla refleja un equilibrio entre tasas de inmigración de nuevas especies y tasas de extinción de las esta- blecidas. La distancia entre una isla y una fuente de especies de tierra firme afecta las tasas de inmigración. El tamaño de una isla biologia_41_c41_p690-707.indd 704 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 705 Combate a las hormigas de fuego invasoras (una vez más) Ahora que has aprendido un poco acerca de cómo las comunidades y los ecosistemas funcionan, veamos de nuevo esas hormigas de fuego importadas (HFI) de las que hablamos al principio de este capítulo. Estas hormigas son un depredador introducido que tiene un efecto negativo en las hormigas competidoras y en las especies de presa. Las HFI no son nativas de Norteamérica, por lo que hay pocos depredadores, parásitos o patógenos que las restringen. Libres de estas restricciones naturales, para las HFI es más fácil superar a las hormigas nativas. Al aumentar las poblaciones de HFI, las poblaciones de organismos que son sus presas declinan. Se espera que el cambio climático global ayude a las HFI a expandirse. Por ejem- plo, las HFI requieren inviernos moderados y relativamente alta precipitación pluvial para estar bien. Al volverse los inviernos más mod e rados, se espera que las hormigas se muevan más rápido hacia el norte y asciendan a altitudes más altas. Si las predic- ciones presentes sobre el clima son correctas, se espera que la cantidad de hábitat disponible para las hormigas de fuego importadas en Estados Unidos se incremente cerca de 20 por ciento antes de que termine este siglo. ¿Cómo votarías? El mayor comercio global y naves más rápidas con- tribuyen al aumento de nuevas especies en Norteamérica. Naves más rápi- das implican viajes más cortos, incrementan la probabilidad de que las plagas sobrevivan a un viaje. Los insectos xilófagos de Asia de embalajes y en las bobinas de cable de acero aparecieron con alarmante frecuencia en el bosque de madera. Algunos de estos insectos, como el escarabajo asiático de antenas largas, representan una serie amenazaa los bosques de Norteamérica. Ahora, sólo una pequeña fracción de los embalajes importados a Estados Unidos se inspecciona en busca de especies exóticas. ¿Deben aumentar las inspecciones? Para más detalles, visita CengageNow* y vota en línea (west.cengagenow.com). *Este material se encuentra disponible en inglés y se vende por separado. Para repasar en casa ¿Cuáles son algunos patrones biogeográficos en la riqueza de especies? ❯ Generalmente, la riqueza de las especies es mayor en el trópico y menor en los polos. Los hábitats tropicales ofrecen condiciones que más espe- cies pueden tolerar y las comunidades tropicales han estado a menudo desarrollándose por más tiempo que las templadas. ❯ Cuando se forma una nueva isla, se incrementa con el tiempo la riqueza de especies y luego se estabiliza. El tamaño de una isla y su distancia a una fuente de especies afecta la riqueza de especies. Figura 41.22 Animada Patrones de biodiversidad de islas. Efecto de distancia: la riqueza de especies en islas de un determinado tamaño declina al aumentar la distancia a una fuente de especies. Los círculos verdes son valores para las islas a menos de 300 kilómetros de una fuente de especies. Los triángulos anaranjados son los valores para las islas que se encuentran a más de 300 km de la fuente de especies. Efecto de área: entre las islas con la misma distancia a una fuente de es pecies, las islas más grandes tienden a alojar más especies que las pequeñas. ❯❯ Adivina: ¿Cuál tiene más probabilidad de tener más especies, una isla de 100 km2 a más de 300 km de una fuente de especies o una isla de 500 km2 a menos de 300 km de una fuente de especies? R iq ue za d e es p ec ie s (n úm er o d e es p ec ie s) 1000 500 100 50 10 5 10 00 00 0 50 0 0 00 10 0 0 00 50 00 0 10 00 0 50 0050 0 10 0050 10 0105 Área (kilómetros cuadrados) islas a una distancia menor de 300 km de la fuente de especies islas a una distancia mayor de 300 km de la fuente de especies Respuesta: la isla de 500 km2 efecto de área Islas más grandes tienen más especies que las pequeñas. efecto de distancia Islas cercanas a tierra firme tienen más especies que las lejanas. modelo de equilibrio de biogeografía de islas Modelo que predice el número de especies en una isla con base en el área de la isla y la distancia a tierra firme. riqueza de especies El número de especies dentro de un área. afecta tanto las tasas de inmigración como las tasas de extinción. Considera primero el efecto de distancia: las islas lejos de una fuente de especies reciben menos inmigrantes que las que están cerca de la fuente de especies. La mayor parte de las especies no puede dispersarse muy lejos, de modo que no aparecerán lejos de tierra firme. La riqueza de especies también está modelada por el efecto de área: las islas grandes tienden a alojar más especies que las pequeñas, por lo que aparecerán más en una isla más grande simplemente por el tamaño de ésta, como también en las islas grandes con una variedad de hábitats como elevaciones altas y bajas. Estas opcio- nes hacen que sea más probable que una nueva especie encuentre un hábitat adecuado. Finalmente, las islas grandes pueden alojar poblaciones más numerosas de especies que las islas pequeñas. Cuanto más grande sea una población, tanto menos probable es que se extinga localmente como resultado de algún evento azaroso. La figura 41.22 ilustra cómo la interacción entre el efecto de distancia y el efecto de área pueden influenciar el número de equilibrio de especies en las islas. Robert H. MacArthur y Edward O. Wilson fueron los primeros en desarrollar el modelo de equilibrio de biogeo- grafía de islas a finales de la década de 1960. Desde enton- ces el modelo se ha modificado, y su uso se ha extendido para ayudar a los científicos a pensar acerca de islas hábitat –escenario natural rodeado por “mar” de hábitat que ha sido perturbado por humanos–. Muchos parques y reservas naturales entran en esta descripción. Los modelos con base en islas pueden ayudar a estimar el tamaño de un área que debe ser reservada como reserva protegida para asegurar la sobrevivencia de una especie o una comunidad. biologia_41_c41_p690-707.indd 705 11/12/12 2:56 PM 706 Unidad 7 Principios de ecología Sección 41.1 Todas las especies que viven en un área cons tituyen una comunidad. La introducción de una nueva especie a una comunidad puede tener efectos nega tivos en la especie que se desarrolla en esa comuni- dad. Sección 41.2 Cada especie ocupa un cierto hábitat caracterizado por rasgos físicos y químicos y por la disposición de otras especies que viven en él, La interacción de las especies afecta la estructura de la comunidad. El comensalismo es una interacción común en la que una especie se beneficia y la otra no se afecta. La simbiosis es una interacción en la que una especie vive dentro o sobre otras. Sección 41.3 En el mutualismo, ambas especies se benefician de una interacción. Algunos mutualistas no pueden completar su ciclo de vida sin la interacción. Los mutualistas que maximizan sus propios bene ficios y limitan el costo de cooperación tienen una ventaja selectiva. Sección 41.4 Las funciones y requerimientos de una especie definen su único nicho ecológico. En la competencia interespecífica, dos especies con requerimientos de recursos similares se ven dañadas por la presencia de la otra. Cuando un competidor lleva al otro a la extinción local, llamamos al proceso exclusión competitiva. Las especies competidoras con requerimientos similares se vuelven menos similares cuando la selección direccional causa desplazamiento de caracteres. Este cambio en las características permite el repartimiento de recursos. Sección 41.5 La depredación beneficia al depre- dador a expensas de la presa que captura, mata y come. Los depredadores y su presa ejercen presión selectiva mutua. Las defensas evolucionadas de la presa incluyen camuflaje y mimetismo. Los depredadores tienen rasgos que les permiten superar las defensas de la presa. En la herbivoría, un animal come plantas o algas. Las plan- tas tienen rasgos que desaniman la herbivoría o que permiten una rápida recuperación. Sección 41.6 El parasitismo involucra alimentarse de un hospedero sin matarlo. Los parásitos de cría roban el cuidado materno de otra especie. Los para- sitoides son insectos que ponen huevos en un insecto hospedero y luego su larva se come al anfitrión. Sección 41.7 La sucesión ecológica es el reemplazo secuencial de un conjunto de especies por otro en el tiempo. La sucesión primaria sucede en hábitats nuevos. La sucesión secundaria ocurre en los perturbados. Las primeras especies de una comuni- dad son especies pioneras que pueden ayudar, dañar o no afectar a colonos posteriores. Los modelos modernos de sucesión enfatizan la imprevisibilidad del resultado como producto de eventos azarosos, cambios y alteracio- nes. La hipótesis de perturbación intermedia predice que un nivel moderado de perturbación mantiene a una comunidad diversa. Sección 41.8 . Las especies clave son especial- mente importantes al determinar la composición de una comunidad. Una especie indicadora puede proporcionar información sobre la salud del ambiente. La remoción de una especie clave o la introducción de una especie exótica pueden alterar la estructura de la comunidad. Sección 41.9 La riqueza de especies, el número de especies en un área determinada, varía con la latitud. El modelo de equilibrio de biogeografía de islas predice el número de especies que una isla pueda alojar con base en el efecto de área y el efecto de distancia. Los científicos pueden usar este modelo para predecir el número de especies que las islas hábitat, como los parques, pueden alojar. 1. El tipo de lugar donde una especie vive por lo común se llama su. a. nicho c. comunidad b. hábitat d. población 2. ¿Cuál no puede considerarse una simbiosis? a. mutualismo c. comensalismo b. parasitismo d. competencia interespecífica 3. Las lagartijas que comen moscas y que cazan en el suelo, y las aves que atrapan y comen moscas en el aire están involucrados en competencia . a. explotadora d. interespecífica b. de interferencia e. a y d c. intraespecífica f. b y c 4. puede llevar a repartición de recursos. a. El mutualismo c. El comensalismo b. El parasitismo d. La competencia interespecífica 5. Relaciona los términos con las descripciones más apropiadas. mutualismo a. una especie se alimenta de otra parasitismo y por lo común la mata comensalismo b. dos especies interactúan y ambas depredación se benefician por la interacción competencia c. dos especies interactúan y una interespecífica se beneficia mientras la otra no se daña ni se beneficia d. una especie se alimenta de la otra, pero por lo común no la mata e. dos especies acceden a un recurso 6. Una garrapata es un . a. parásito de cría b. ectoparásito c. endoparásito 7. En una hipótesis favorecida en la actualidad, la riqueza de especies de una comunidad es mayor entre perturbaciones físicas de inten- sidad y frecuencia . a. bajo c. alto b. intermedio d. variable Resumen Autoevaluación Respuestas en el apéndice III biologia_41_c41_p690-707.indd 706 11/12/12 2:56 PM Capítulo 41 Ecología de comunidades 707 1. Al aumentar la resistencia a los antibióticos, los investigadores buscan formas de reducir el uso de estos fármacos. El ganado que se alimentó alguna vez con antibiótico mezclado con comida ahora se alimenta de manera probiótica con bacteria cultivada que pueda establecer o fortalecer las poblaciones de bacteria benéfica en el intestino del animal. La idea es que si una población grande de alguna bacteria benéfica se establece, la bacteria dañina no puede establecerse o proliferar. ¿Qué principio biológico guía esta investiga ción? 2. Los fásmidos son insectos herbívo- ros que imitan las hojas o las varas, como se muestra a la derecha. La mayor parte descansa durante el día y se alimenta de noche. Si se mueven durante el día, lo hacen lentamente. Si se le perturba, un fásmido caerá al suelo y se quedará inmóvil. Especula sobre las presio- nes selectivas que pudieron haber moldeado la morfología y el com- portamiento del fásmido. Sugiere un experimento para probar una hipótesis sobre cómo su apariencia y comportamiento puede ser adap- tativo. Actividades de análisis de datos Control biológico de hormigas de fuego Las moscas joro- badas que decapitan hormigas son sólo uno de los agentes de control biológico usados para combatir a las hormigas de fuego importadas. Los investigadores también han agregado a la lista un parásito fúngico que infecta a las hormigas y retrasa su producción de descendencia. Una colonia infectada mengua e incidentalmente se extingue. ¿Son estos controles biológicos útil contra las hormigas de fuego importadas? Para averiguarlo, los científicos del Departamento de Agricultura de Estados Unidos trataron áreas infectadas con pesticidas tradicionales o con pesticidas y controles biológicos (moscas y parási- tos). Los científicos dejaron algunas plantas sin tratar como controles. La figura 41.23 muestra los resultados. 1. ¿Cómo cambió el tamaño de la población en los lotes de control durante los primeros cuatro meses del estudio? 2. ¿Cómo cambió el tamaño de la población en los dos tipos de lotes tratados durante el mismo periodo? 3. Si este estudio hubiera terminado después del primer año, ¿concluirías que los controles biológicos tuvieron un efecto importante? Animaciones e interacciones en *: ❯ Exclusión competitiva; Patrones de biodiversidad en islas. Pensamiento crítico 4. ¿Cuánto difirieron los dos tipos de tratamiento (sólo pesticida frente a pesticida más controles biológicos) en sus efectos a largo plazo? ¿Cuál es el más eficaz? 8. Las especies son las primeras en colonizar un nuevo hábitat. 9. El crecimiento de un bosque en un campo de maíz abandonado es un ejemplo de . a. sucesión primaria c. sucesión secundaria b. repartición de recursos d. exclusión competitiva 10. La riqueza de especies es mayor en comunidades . a. cerca del ecuador c. cerca de los polos b. en regiones templadas d. que se formó recientemente 11. Si remueves a una especie de su comunidad, el tamaño de la población de su principal probablemente se incremente. a. parásito b. competidor c. depredador 12. Los mamíferos tiene menos probabilidad de ser . a. mutualistas c. parásitos de cría b. comensal d. depredadores 13. La herbivoría beneficia a . a. los herbívoros c. a y b b. la planta d. ni a ni b 14. Relaciona los términos con las descripciones más adecuadas. efecto de área a. afecta mucho a otras especies especie b. la primera especie establecida en pionera un nuevo hábitat especie c. más especies en islas grandes que indicadora en pequeñas a la misma distancia especie de una fuente de especies clave d. especies que son particularmente especie sensibles a cambios en el medio ambiente exótica e. permite a los competidores coexistir repartición f. a menudo supera en la competencia y de recursos desplaza a las especies nativas de una comunidad establecida Preguntas adicionales están disponibles en *. *Este material se encuentra disponible en inglés y se vende por separado. Figura 41.23 Efectos de dos métodos de controlar las hormigas de fuego rojas importa- das. La gráfica muestra el número de hormigas de fuego rojas importadas en un periodo de 28 meses. Los triángulos anaranjados representan lotes de control no tratados. Los círculos verdes son los lotes tratados con sólo pesticidas. Los cuadros negros son lotes tratados con pesticidas y agentes de control biológico (moscas jorobadas y parásitos fúngicos). 140 120 100 80 60 40 20 0 Antes del tratamiento P or c ie nt o d e lo s nú m er os in ic ia le s d e ho rm ig as 4 meses 1 año 1.5 años 2 años 28 meses biologia_41_c41_p690-707.indd 707 11/12/12 2:56 PM
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