Conceptes Clau en Ecologia i Biologia Evolutiva

Taxes de Creixement Poblacional

Definicions Clau

• R₀ (Taxa de Reproducció Neta): Nombre mitjà de descendents que una femella produeix al llarg de la seva vida.
• T_g (Temps de Generació): Temps mitjà entre el naixement d'una mare i el naixement de la seva descendència.
• λ (Taxa Finita de Creixement): Taxa de creixement poblacional per unitat de temps (discreta, per intervals llargs).
• r (Taxa Instantània de Creixement): Taxa de creixement poblacional contínua.

Factors Clau i Reguladors

• Factors Clau (Densitat Independent): Aquells que afecten la població independentment de la seva densitat (p. ex., catàstrofes naturals).
• Factors Reguladors (Densitat Dependent): Aquells que la seva influència varia amb la densitat poblacional (p. ex., competència, depredació).

Valor Reproductiu (VR)

El Valor Reproductiu és el potencial reproductiu d'un individu al llarg de la vida d'una femella, i discrimina la fitness per edats. Influeix en la mortalitat.

Taxa Intrínseca de Creixement (r d'Euler)

Donada una taula de vida, la taxa intrínseca de creixement (r d'Euler) és la taxa a la qual creixerà la població un cop assoleixi una distribució estable d'edats. (e^-rx < 1 ara neixen, > 1 en el futur).

Anàlisi de Sensibilitat i Elasticitat

Sensibilitat

La sensibilitat mesura com varia la taxa de creixement poblacional (λ) en valor absolut en variar un paràmetre. Si la sensibilitat és alta, aquell paràmetre té un efecte més gran sobre λ.

Elasticitat

L'elasticitat estandarditza la matriu de projecció poblacional per 1, mostrant la importància relativa de cada paràmetre en el creixement poblacional.

Tipus d'Evolució

Evolució Adaptativa

L'evolució adaptativa implica una millora de la fitness mitjançant la selecció de variabilitat heretable (Microevolució).

• Plasticitat Fenotípica: Selecció de l'adaptabilitat durant el desenvolupament.

Evolució No Adaptativa

• Alomètrica: Selecció indirecta de trets, sovint relacionada amb la mida corporal.
• Aparellament: Selecció sexual.
• Parents: Selecció inclusiva (selecció per parentiu).
• Grups (Reciprocitat): Selecció de grup basada en la reciprocitat.
• Neutre: Deriva genètica.
• Especiació: Segregació al·lopàtrica o simpàtrica.

Macroevolució: Implica canvis a gran escala, com ara l'evolució dels gens Hox, la metameria, l'especialització o la simbiosi en cèl·lules eucariotes.

Selecció Natural

Tipus de Selecció Natural

• Direccional: Afavoreix un extrem del rang fenotípic, amb un canvi gradual en la mitjana del tret.
• Disruptiva: Afavoreix els extrems del rang fenotípic, creant dues pressions de selecció.
• Estabilitzadora: Afavoreix els individus amb valors intermedis del tret, reduint la variància.

Teoremes Fonamentals de la Selecció Natural

Primer Teorema de la Selecció Natural (Fisher)

La taxa de canvi en la fitness mitjana d'una població ve donada per la variància genètica additiva de la fitness. Els trets vitals afecten més la fitness i, per tant, tindran variabilitat amb poca heretabilitat, erosionada per la selecció.

Segon Teorema de la Selecció Natural

La taxa de canvi per selecció en el valor promig d'un tret quantitatiu és proporcional a la covariància genètica entre el tret i la fitness.

Trade-offs Indirectes: El Rol de la Mida

Alometria i Predeterminació dels Trets Vitals

L'alometria permet establir el grau de predeterminació dels trets vitals per la mida corporal i, posteriorment, desvetllar els trade-offs entre ells. El pendent decreix amb la proximitat filogenètica dels casos, fent que el tret sigui més impredictible i disponible per a la selecció.

Relació entre Mida i Fitness

• Taxa Metabòlica Basal (TMbas): 0.75 (exponent alomètric).
• Temps (Tmps): 0.25 (exponent alomètric).
• Fitness Màxima (FitMax) i Mida: -0.25 (exponent alomètric).

Regles Ecològiques i Biogeogràfiques

Regla de Bergmann

En espècies homeotermes, els individus de llocs freds tendeixen a ser més grans.

Regla de Cope

Els llinatges tendeixen a augmentar de mida corporal al llarg del temps evolutiu.

Regla de Rensch

En llinatges que augmenten de mida, tendeix a haver-hi un major dimorfisme sexual.

Regla Insular de Foster

Quan una espècie colonitza una illa, les espècies grans tendeixen a fer-se nanes, i les petites tendeixen a fer-se gegants.

Pressió de Selecció sobre la Mida

La mida corporal pot estar sota pressió de selecció directa per la competència i la depredació, sovint de manera densodependent.

Estratègies de Vida r/K

Estratègia r (Densitat Independent)

Caracteritzada per una alta taxa de reproducció, vida efímera i capacitat de colonització ràpida. Típicament densitat independent.

Estratègia K (Densitat Dependent)

Caracteritzada per una reproducció més lenta, vida més llarga, estabilitat poblacional i eficiència en l'ús de recursos. Típicament densitat dependent i menys colonitzadora.

Tolerància Ambiental: Eurioic i Estenoic

• Eurioic: Espècies amb una àmplia tolerància a les variacions ambientals.
• Estenoic: Espècies amb una baixa tolerància a les variacions ambientals.

Adaptacions a Ambients Variables

Ambient Efímer (Dispersió)

En ambients efímers, la dispersió (p. ex., dispersió de cadàvers) és una estratègia clau.

Ambient Persistent

Variabilitat Impredecible (Resistència, Bet-Hedging)

En ambients persistents amb variabilitat impredecible, les estratègies inclouen la resistència i el bet-hedging (dispersió del risc, optimització de la fitness geomètrica, com en els deserts).

Variabilitat Predicible (Assignació de Recursos)

En ambients amb variabilitat predicible (p. ex., bosc caducifoli), l'assignació de recursos és una estratègia adaptativa.

Ambient Estable (Especialització, Eficiència)

En ambients estables (p. ex., bosc tropical), l'especialització i l'eficiència en l'ús de recursos són clau.

Plasticitat Fenotípica

La plasticitat fenotípica és la capacitat d'un genotip donat de produir diferents fenotips sota diferents condicions ambientals.

Tipus de Plasticitat

Plasticitat Descriptiva (Caràcters Discrets)

Es refereix a caràcters discrets que canvien en resposta a l'ambient.

Norma de Reacció (Fenotips Continus)

Descriu la gamma de fenotips continus que un genotip pot expressar al llarg d'un gradient ambiental.

Reversibilitat de la Plasticitat

Plasticitat Reversible (Aclimatació, Flexibilitat)

• Aclimatació: Canvis morfològics, fisiològics o de comportament reversibles.
• Flexibilitat Fenotípica: Capacitat de canviar ràpidament en resposta a l'ambient.

Plasticitat Irreversible (Polifenisme, Determinisme del Sexe)

• Resposta al Microhàbitat: Adaptacions permanents a condicions locals.
• Polifenisme: Desenvolupament de fenotips diferents en resposta a senyals ambientals durant el desenvolupament (p. ex., castes d'insectes).
• Asimetria Fluctua: Desviacions aleatòries de la simetria bilateral, indicant estrès ambiental.
• Determinisme del Sexe: El sexe de l'individu és determinat per factors ambientals (p. ex., temperatura).
• Fenotips de Defensa contra Depredadors: Desenvolupament de defenses morfològiques o químiques en presència de depredadors.

Qualitat dels Recursos

La qualitat dels recursos es defineix per diversos factors:

• Abundància: Quantitat disponible.
• Agregació: Distribució espacial dels recursos.
• Facilitat d'Ingestió: Facilitat de captura i preparació.
• Facilitat d'Assimilació: Taxa de digestió, aport de nutrients i presència de toxines.

Optimització de Recursos i Ús de l'Hàbitat

Amplitud de la Dieta

Estratègia per maximitzar la taxa d'ingesta d'energia.

Temps d'Explotació

Reduir el temps d'explotació per maximitzar l'obtenció d'energia, assumint que el temps d'exploració és fix.

Ús de l'Hàbitat (Distribució Lliure Ideal)

La distribució lliure ideal prediu la manera en què els individus ocuparan hàbitats secundaris quan els hàbitats primaris estan densificats, buscant igualar la fitness per càpita en tots els hàbitats ocupats.