Capítulo 1 | Naturaleza de la ecología

[Pages:12]Cap?tulo 1 | Naturaleza de la ecolog?a

1.1 Los organismos interact?an con el medio ambiente en el contexto del ecosistema 1.2 Los componentes del ecosistema forman una jerarqu?a 1.3 La ecolog?a tiene unas ra?ces complejas 1.4 La ecolog?a tiene v?nculos estrechos con otras disciplinas 1.5 Los ec?logos utilizan m?todos cient?ficos 1.6 Los experimentos pueden conducir a predicciones 1.7 La incertidumbre es una caracter?stica inherente a la ciencia 1.8 El individuo es la unidad b?sica de la ecolog?a

Los organismos interact?an con su medio ambiente en muchos niveles. Las condiciones f?sicas

que rodean a un organismo, como la temperatura ambiente, la humedad y la intensidad de la luz, influyen en los procesos fisiol?gicos b?sicos que son cruciales para la supervivencia y el crecimiento. El organismo debe procurar adquirir los recursos esenciales del medio ambiente que lo rodea y al hacerlo debe protegerse para no transformarse en alimento de otros organismos. Debe diferenciar un amigo de un enemigo, distinguiendo entre compa?eros potenciales y posibles depredadores, todo ello en un intento de tener ?xito en el objetivo final de todos los organismos vivos: pasar sus genes a las generaciones posteriores.

El medio ambiente en el cual cada organismo lleva a cabo su ?lucha por la existencia? es un lugar, una localizaci?n f?sica en el tiempo y en el espacio. Puede ser tan grande y estable como un oc?ano o tan peque?o y transitorio como un charco en el suelo despu?s de una lluvia de primavera. Este medio ambiente incluye tanto las condiciones f?sicas como la variedad de organismos que coexisten dentro de sus l?mites. Esta entidad es lo que los ec?logos denominan el ecosistema.

1.1 | Los organismos interact?an con el medio ambiente en el contexto del ecosistema

Los organismos interact?an con el medio ambiente dentro del contexto del ecosistema. La parte eco de la palabra se refiere al ambiente. La parte sistema implica que el ecosistema funciona como un conjunto de partes relacionadas

formando una unidad. El motor de un autom?vil es un ejemplo de un sistema; los componentes, como el sistema de encendido y la bomba de alimentaci?n, funcionan juntos dentro de un contexto m?s amplio que es el motor. De forma similar, el ecosistema consta de componentes que interact?an funcionando como una unidad. En t?rminos generales, el ecosistema est? formado por dos componentes b?sicos que interact?an: el componente vivo, o bi?tico y el f?sico, o abi?tico.

Tomemos como ejemplo un ecosistema natural, como un bosque (Figura 1.1). El componente f?sico (abi?tico) del bosque consta de la atm?sfera, el clima, el suelo y el agua. El componente bi?tico incluye muchos organismos diferentes, plantas, animales y microorganismos, que habitan el bosque. Las relaciones son complejas dado que cada organismo no s?lo responde al ambiente f?sico sino que tambi?n lo modifica y, al hacerlo, se transforma en parte del mismo ambiente. Los ?rboles de la cubierta vegetal de un bosque interceptan la luz solar y utilizan su energ?a

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Figura 1.1 | El interior de un ecosistema forestal en la costa del sudeste de Alaska. Obs?rvese la estructura vertical dentro de este bosque. Los ?rboles picea de sitka (Picea sitchensis) forman una b?veda que intercepta la luz directa del sol y varias especies de musgos cubren la superficie de las ramas muertas que se extienden desde la b?veda al suelo. Una variedad de arbustos y especies de plantas herb?ceas forman el sotobosque y otra capa de musgos cubre el suelo del bosque, teniendo acceso a los nutrientes que suministran la comunidad de bacterias y hongos que funcionan como descomponedores en la superficie del suelo. Adem?s, este bosque es el hogar de una amplia variedad de animales vertebrados e invertebrados, entre los que se incluyen especies de mayor tama?o como el ?guila calva, el ciervo de cola negra, y el oso pardo de Alaska.

para desarrollar el proceso de la fotos?ntesis. Al hacerlo, los ?rboles modifican el medio ambiente de las plantas que est?n por debajo de ellos, al reducir la luz solar y bajar la temperatura del aire. Los p?jaros que buscan insectos en la capa del suelo cubierta de hojas ca?das reducen la cantidad de insectos y modifican el medio ambiente para otros organismos que dependen de este recurso alimenticio compartido. Al reducir las poblaciones de insectos de los cuales se alimentan, las aves tambi?n influyen indirectamente sobre las interacciones entre diferentes especies de insectos que habitan el suelo de la selva. Exploraremos estas complejas interacciones entre los ambientes vivo y f?sico con mayor detalle en los siguientes cap?tulos.

1.2 | Los componentes del ecosistema forman una jerarqu?a

Los diversos tipos de organismos que habitan nuestros bosques forman poblaciones. El t?rmino poblaci?n tiene muchos usos y significados en otras disciplinas. En ecolog?a, una poblaci?n es un grupo de individuos de la misma especie que ocupa una zona determinada. Las poblaciones de plantas y animales del ecosistema no funcionan de forma independiente unas de otras. Algunas poblaciones compiten con otras poblaciones por recursos limitados, como comida, agua o espacio. En otros casos, una poblaci?n es el recurso alimenticio de otra. Dos poblaciones pueden beneficiarse mutuamente, cada una de ellas funcionando mejor en presencia de la otra. Todas las poblaciones de diferentes especies que viven e interact?an dentro de un ecosistema se denominan colectivamente comunidad.

Ahora podemos ver que el ecosistema, formado por la comunidad bi?tica y el medio ambiente f?sico, tiene muchos niveles. En un primer nivel, los organismos individuales, que incluyen a los seres humanos, responden al medio ambiente f?sico e influyen sobre ?l. En el siguiente nivel, los individuos de la misma especie forman poblaciones, tal como una poblaci?n de robles blancos o de ardillas grises del bosque, que pueden describirse en t?rminos de cantidad, tasa de crecimiento y distribuci?n por edades. Adem?s, los individuos de estas poblaciones interact?an entre s? y con los individuos de otras especies para formar una comunidad. Los herb?voros consumen plantas, los depredadores se alimentan de sus presas, y los individuos compiten por recursos limitados. Cuando los individuos mueren, otros organismos consumen y destruyen sus restos, reciclando los nutrientes contenidos en su tejido muerto nuevamente en el suelo. La ecolog?a es el estudio de todas estas relaciones, la red completa de interacciones entre los organismos y su medio ambiente.

1.3 | La ecolog?a tiene unas ra?ces complejas

La genealog?a de la mayor?a de las ciencias es directa. Es relativamente f?cil rastrear las ra?ces de las matem?ticas, de la qu?mica y de la f?sica. La ciencia de la ecolog?a es diferente. Sus ra?ces son complejas y est?n entretejidas con una amplia variedad de adelantos cient?ficos que han tenido lugar en otras disciplinas dentro de las ciencias biol?gicas y f?sicas. Aunque el t?rmino ecolog?a no apareci? hasta mediados del siglo XIX, haciendo falta otro siglo para incorporarse al lenguaje, la idea de ecolog?a es mucho m?s antigua.

Se podr?a argumentar que la ecolog?a se remonta al antiguo erudito griego Teofrasto, amigo de Arist?teles, quien escribi? acerca de las relaciones entre los organismos y el medio ambiente. Por otra parte, la ecolog?a tal y como

| Cap?tulo 1 Naturaleza de la ecolog?a 5

la conocemos hoy en d?a tiene sus primeras ra?ces en la geograf?a de las plantas y en la historia natural.

A comienzos del siglo XIX, los bot?nicos empezaron a explorar y a trazar un mapa de la vegetaci?n del mundo. Los primeros ge?grafos de plantas como Carl Ludwig Willdenow (1765-1812) y Friedrich Heinrich Alexander von Humboldt (1769-1859) se?alaron que las regiones del mundo con climas similares ten?an vegetaci?n similar en su forma, aunque las especies eran diferentes. El reconocimiento de que la forma y la funci?n de las plantas dentro de una regi?n reflejaban las constricciones impuestas por el medio ambiente f?sico abri? el camino a una nueva generaci?n de cient?ficos que exploraron la relaci?n entre la biolog?a y la geograf?a de las plantas (v?ase la Octava parte).

En esta nueva generaci?n de cient?ficos estaba Johannes Warming (1841-1924) de la Universidad de Copenhague quien estudi? la vegetaci?n tropical de Brasil. Escribi? el primer texto sobre ecolog?a de las plantas, Plantesamfund. En este libro, Warming integr? la morfolog?a, fisiolog?a, taxonom?a y biogeograf?a de las plantas en un todo coherente. Este libro tuvo una tremenda influencia en el desarrollo temprano de la ecolog?a.

Mientras tanto, algunas actividades realizadas en otras ?reas de la historia natural estaban asumiendo un importante papel. Cuando estaba desarrollando su teor?a de la evoluci?n y el origen de las especies, Charles Darwin (v?ase el Cap?tulo 2) encontr? los escritos de Thomas Malthus (17661834). Malthus, un economista, present? el principio de que las poblaciones crec?an en progresi?n geom?trica, duplic?ndose a intervalos regulares hasta que sobrepasaban los recursos alimenticios. Finalmente, la poblaci?n se ver?a restringida por una ?fuerza poderosa, de efecto constante, como la enfermedad y la muerte prematura?. A partir de este concepto, Darwin desarroll? la idea de la ?selecci?n natural? como mecanismo que gu?a la evoluci?n de nuevas especies (v?ase el Cap?tulo 2).

Por aquel entonces, un monje austriaco desconocido para Darwin, Gregor Mendel (1822-1884), estudiaba en su jard?n la transmisi?n de las caracter?sticas de una generaci?n de plantas de guisantes a otra (v?ase el Cap?tulo 2). El trabajo de Mendel acerca de la herencia y el trabajo de Darwin acerca de la selecci?n natural sentaron las bases del estudio de la evoluci?n y la adaptaci?n, el campo de la gen?tica de poblaciones.

La teor?a de la selecci?n natural de Darwin, combinada con la nueva comprensi?n de la gen?tica, los medios por los cuales se transmiten las caracter?sticas de una generaci?n a la siguiente, brindaron los mecanismos para comprender la relaci?n entre los organismos y su medio ambiente: el punto central de la ecolog?a.

Los primeros ec?logos, en especial los ec?logos vegetales, estaban ocupados en la observaci?n de los patrones de los organismos en la naturaleza, intentando comprender c?mo se forman y se mantienen tales patrones por interac-

ciones con el medio ambiente f?sico. Algunos, especialmente Frederic E. Clements, buscaron alg?n sistema para organizar la naturaleza. Propuso que la comunidad de plantas se comporta como un organismo complejo o s?per organismo que crece y se desarrolla a trav?s de ciclos hasta una etapa de madurez o cl?max (v?ase el Cap?tulo 18). Su idea fue aceptada y desarrollada por otros ec?logos. Sin embargo, algunos ec?logos como Arthur G. Tansley (1871-1955) no compartieron este punto de vista. En su lugar propuso un concepto ecol?gico hol?stico e integrado que combinaba a los organismos vivientes y su medio ambiente f?sico en un sistema, al cual denomin? ecosistema (v?ase el Cap?tulo 20).

Mientras que los primeros ec?logos vegetales estaban especialmente preocupados por la vegetaci?n terrestre, un grupo de bi?logos europeos estaba interesado en la relaci?n entre plantas y animales acu?ticos y su medio ambiente. Propusieron ideas acerca de los niveles de reciclado de nutrientes org?nicos y de alimentaci?n, usando los t?rminos productores y consumidores. Su trabajo tuvo influencia sobre un joven limn?logo, Raymond A. Lindeman, de la Universidad de Minnesota. Lindeman traz? relaciones de ?disponibilidad de energ?a? en una comunidad lacustre. Junto con los escritos de Tansley, el art?culo de Lindeman ?The Trophic-Dynamic Aspects of Ecology? (Los aspectos tr?fico-din?micos de la ecolog?a) escrito en 1942, se?al? el comienzo de la ecolog?a de los ecosistemas, o el estudio de todos los sistemas vivos.

La ecolog?a animal inicialmente se desarroll? de forma muy independiente a los desarrollos tempranos de la ecolog?a vegetal. Los comienzos de la ecolog?a animal pueden remontarse a dos europeos. R. Hesse, de Alemania y Charles Elton, de Inglaterra. Animal Ecology de Elton (1927) y Tiergeographie auf logischer grundlage (1924) de Hesse, traducida al ingl?s como Ecological Animal Geography, influyeron en el desarrollo de la ecolog?a animal en Estados Unidos. Charles Adams y Victor Shelford fueron dos pioneros en ecolog?a animal en EE.UU. Adams public? el primer libro sobre ecolog?a animal, A Guide to the Study of Animal Ecology (1913). Shelford escribi? Animal Communities in Temperate America (1913).

Shelford imprimi? un nuevo rumbo a la ecolog?a al hacer hincapi? en la interrelaci?n entre plantas y animales. La ecolog?a se convirti? en una ciencia de comunidades. Algunos ec?logos europeos anteriores, en especial el bi?logo marino Karl M?bius, hab?an desarrollado el concepto general de comunidad. En su ensayo Un banco de ostras es una biocenosis (1877), M?bius explic? que el banco de ostras, aunque estaba dominado por un ?nico animal, en realidad era una comunidad compleja con muchos organismos interdependientes. Propuso la palabra biocenosis para tal comunidad. La palabra proviene del griego y significa vida que tiene algo en com?n.

La aparici?n en 1949 de los enciclop?dicos Principles of Animal Ecology por cinco miembros de la segunda genera-

| 6 Primera parte Introducci?n y antecedentes

ci?n de ec?logos de la Universidad de Chicago (W. C. Allee, A. E. Emerson, Thomas Park, Orlando Park y K. P. Schmidt) se?alaron el rumbo que deb?a tomar la ecolog?a moderna. En ?ste se enfatizaban las relaciones de alimentaci?n y los presupuestos de energ?a, la din?mica poblacional y la selecci?n y evoluci?n naturales.

Los escritos del economista Thomas Malthus que tuvieron tanta influencia en el desarrollo de las ideas de Darwin acerca del origen de las especies, tambi?n estimularon el estudio de las poblaciones naturales. El estudio de las poblaciones a comienzos del siglo XX se dividi? en dos campos. Uno de ellos, la ecolog?a de poblaciones, se ocupa del crecimiento (incluye tasas de natalidad y de mortalidad), fluctuaci?n, dispersi?n e interacciones de la poblaci?n. El otro, la ecolog?a evolutiva, se ocupa de la selecci?n natural y de la evoluci?n de las poblaciones. Muy relacionada con la ecolog?a de poblaciones y la ecolog?a evolutiva est? la ecolog?a de comunidades, que se ocupa de las interacciones entre las especies. Uno de los objetivos m?s importantes de la ecolog?a de comunidades es entender el origen, el mantenimiento y las consecuencias de la diversidad dentro de comunidades ecol?gicas.

Al mismo tiempo, surgi? la ecolog?a fisiol?gica. Se ocupa de las respuestas de cada organismo a la temperatura, humedad, luz y otras condiciones ambientales.

Las observaciones de la historia natural tambi?n generaron la ecolog?a del comportamiento. Los estudios del comportamiento del siglo XIX incluyeron estudios de las hormigas por William Wheeler y de los monos sudamericanos por Charles Carpenter. M?s tarde, Konrad Lorenz y Niko Tinbergen dieron un fuerte impulso al campo con sus estudios pioneros acerca del papel del troquelado y el instinto en la vida social de los animales, particularmente peces y aves.

Con el progreso de la biolog?a, de la f?sica y de la qu?mica en la ?ltima parte del siglo XX, surgieron nuevas ?reas de estudio en ecolog?a. El desarrollo de la fotograf?a a?rea, y m?s tarde el lanzamiento de sat?lites en el programa espacial de EE.UU., brind? a los cient?ficos una nueva perspectiva de la superficie de la tierra mediante el uso de datos recogidos por teledetecci?n. Los ec?logos comenzaron a explorar los procesos espaciales que relacionaban comunidades y ecosistemas adyacentes a trav?s de un campo surgido recientemente, la ecolog?a del paisaje. Una nueva apreciaci?n del impacto producido por el cambio del uso de la tierra en los ecosistemas naturales condujo al desarrollo de la ecolog?a de la conservaci?n, que aplica principios de muchos campos diferentes, desde la ecolog?a a la econom?a y la sociolog?a, para el mantenimiento de la diversidad biol?gica. La aplicaci?n de los principios de desarrollo y funci?n de los ecosistemas en la gesti?n de tierras da?adas ha dado origen a la ecolog?a de la restauraci?n. Por otra parte, la comprensi?n de la tierra como sistema es enfoque de la disciplina m?s reciente del estudio ecol?gico: la ecolog?a global.

1.4 | La ecolog?a tiene v?nculos estrechos con otras disciplinas

Las complejas interacciones que tienen lugar dentro del ecosistema conllevan todo tipo de procesos f?sicos y biol?gicos. Para estudiar estas interacciones, los ec?logos tienen que recurrir a otras ciencias. Esta dependencia hace de la ecolog?a una ciencia interdisciplinaria.

Aunque en los cap?tulos siguientes exploraremos temas que normalmente son materias de disciplinas como la bioqu?mica, la fisiolog?a y la gen?tica, lo hacemos solamente para entender la interacci?n de los organismos con su medio ambiente. El estudio de c?mo las plantas toman el di?xido de carbono y pierden agua (v?ase el Cap?tulo 6), por ejemplo, pertenece a la fisiolog?a vegetal. La ecolog?a estudia de qu? forma estos procesos responden a variaciones en las precipitaciones y en la temperatura. Esta informaci?n es crucial para comprender la distribuci?n y abundancia de las poblaciones de plantas y la estructura y funci?n de los ecosistemas sobre de la tierra. De forma similar, debemos recurrir a muchas de las ciencias f?sicas, como la geolog?a, la hidrolog?a y la meteorolog?a. Nos ayudar?n a registrar otras formas de interacci?n entre los organismos y su ambiente. Por ejemplo, cuando las plantas toman agua, influyen sobre la humedad del suelo y los patrones de flujo de las aguas superficiales. Cuando liberan agua, aumentan el contenido de agua de la atm?sfera e influyen sobre los patrones regionales de precipitaci?n. La geolog?a de un zona influye en la disponibilidad de nutrientes y agua para el crecimiento de las plantas. En cada ejemplo, otras disciplinas cient?ficas son cruciales para comprender c?mo los organismos individuales responden a su ambiente y lo modifican.

Al hacer la transici?n del siglo XX al siglo XXI, la ecolog?a ha traspasado una frontera que requiere ampliar nuestra visi?n de la ecolog?a para incluir el papel dominante de los seres humanos sobre la naturaleza. Entre los muchos problemas ambientales a los que se enfrenta la humanidad, pueden identificarse cuatro principales ?mbitos amplios e interrelacionados: el crecimiento de la poblaci?n humana, la diversidad biol?gica, la sostenibilidad y el cambio clim?tico global. Dado que la poblaci?n humana creci? desde aproximadamente 500 millones a m?s de 6.000 millones en los ?ltimos dos siglos, los cambios dr?sticos en el uso del suelo alteraron la superficie de la tierra. La tala de bosques para la agricultura ha destruido muchos h?bitats naturales, produciendo una tasa de extinci?n de especies sin precedentes en la historia de la tierra. Adem?s, la poblaci?n humana en expansi?n est? explotando los recursos naturales hasta niveles insostenibles. Debido a la creciente demanda de energ?a de combustibles f?siles requeridos para sostener el crecimiento econ?mico, la qu?mica de la atm?sfera est? cambiando a formas que pueden alterar el clima de la tierra. Estos problemas ambientales son de na-

| Cap?tulo 1 Naturaleza de la ecolog?a 7

Cuestiones de ecolog?a | El factor humano

Existe una tendencia por la cual los ec?logos distinguen

entre la ciencia b?sica de la ecolog?a (el estudio de la interacci?n de los organismos con su medio ambiente) y la aplicaci?n de la ecolog?a para comprender las interacciones humanas con el medio ambiente. La primera normalmente se asocia con el estudio del ?mundo natural?, el ambiente aparte de los seres humanos, mientras que la ?ltima se ocupa de los efectos de las actividades humanas sobre el medio natural. Esta distinci?n se extiende a las revistas profesionales en las cuales se informa sobre los resultados de las investigaciones. Los estudios del mundo natural se publican en revistas como Ecology (Ecolog?a) de la Sociedad Ecol?gica de EE.UU y Journal of Ecology (Diario de ecolog?a) de la Sociedad Ecol?gica Brit?nica, mientras que la influencia de las actividades humanas sobre el medio ambiente aparece en Ecological Applications (Aplicaciones ecol?gicas) de la Sociedad Ecol?gica de EE.UU y Journal of Applied Ecology (Diario de ecolog?a aplicada) de la Sociedad Ecol?gica Brit?nica. Sin embargo, esta distinci?n tradicional resulta cada vez m?s dif?cil de mantener, tanto en la teor?a como en la pr?ctica. Dado que esta distinci?n se vuelve difusa, los ec?logos tienen que ampliar la propia definici?n de lo que constituye el ?mundo natural?.

Nuestra especie tiene una influencia cada vez mayor sobre el medio ambiente de la tierra. La poblaci?n humana actualmente excede los seis mil millones y, como nuestra poblaci?n, nuestro impacto colectivo sobre el medio ambiente del planeta contin?a creciendo. Usamos m?s del 50 por ciento de los recursos de agua dulce y nuestras actividades han transformado entre el 30 y el 40 por ciento de la superficie terrestre para producir alimento, combustible y fibras (vea el Cap?tulo 27). Aunque la contaminaci?n a?rea ha sido durante mucho tiempo una preocupaci?n, los cambios en la atm?sfera producidos por la combusti?n de combustibles f?siles actualmente puede cambiar el clima de la tierra (v?ase el Cap?tulo 29).

En su libro de 1989, The End of Nature el ec?logo Hill McKibben declaraba el fin de la naturaleza. El tema central de su declaraci?n fue que los seres humanos hab?an alterado de tal forma el medio ambiente de la tierra que la naturaleza, ?la provincia alejada y salvaje, el mundo aparte del hombre?, ya no exist?a. Aunque muchos de nosotros podemos no estar de acuerdo con McKibben, resulta cada vez

m?s dif?cil estudiar el mundo natural sin considerar la influencia de las actividades humanas, pasadas y presentes, sobre los sistemas ecol?gicos que son el centro de nuestra investigaci?n. Por ejemplo, los bosques del este de Norteam?rica fueron talados para el asentamiento y la producci?n agr?cola (cereales y/o pastos) en la ?ltima parte del siglo XIX. Muchas de estas tierras no fueron abandonadas hasta los a?os 30 y 40, cuando la producci?n agr?cola se traslad? hacia el Oeste, permitiendo la reforestaci?n (crecimiento de los bosques) en el este de Norteam?rica. Los ecol?gos no pueden estudiar estos ecosistemas sin considerar expl?citamente su historia. No podemos comprender la distribuci?n y abundancia de las especies de ?rboles de toda la regi?n sin comprender los patrones pasados de utilizaci?n de los suelos. No podemos estudiar la circulaci?n de nutrientes en las cuencas h?dricas arboladas sin comprender la velocidad a la cual el nitr?geno y otros nutrientes son depositados por los contaminantes atmosf?ricos (v?ase el Cap?tulo 22). Tampoco podemos comprender las causas del declive de la poblaci?n de especies de aves que habitan los bosques del este de Norteam?rica sin comprender c?mo la fragmentaci?n de las tierras arboladas del desarrollo rural y urbano ha restringido los patrones de movimiento, la susceptibilidad a la depredaci?n y la disponibilidad del h?bitat. Algunos de los principales problemas a los que se enfrentan actualmente los ec?logos est?n directamente relacionados con los efectos potenciales de las actividades humanas en los ecosistemas terrestre y acu?tico y con la diversidad de la vida que soportan. A lo largo de todo el texto se?alaremos estas cuestiones y temas en Cuestiones de ecolog?a con el fin de ilustrar la importancia de la ciencia de la ecolog?a para comprender mejor las relaciones humanas con el medio ambiente: un

ambiente del cual constituimos parte. ?

1. ?C?mo definir?a la naturaleza? ?Su definici?n incluye a la especie humana? ?Por qu??

2. ?Cu?l considerar?a que es el problema ambiental m?s importante de su tiempo? ?Qu? papel podr?a desempe?ar la ciencia de la ecolog?a (tal y como usted la conoce) para ayudarnos a comprender este problema?

turaleza ecol?gica, y la ciencia de la ecolog?a es esencial para comprender sus causas e identificar los medios para mitigar sus impactos (V?ase Cuestiones de ecolog?a: El factor humano y la Novena parte: Ecolog?a humana). Sin

embargo, afrontar estos problemas requiere un marco interdisciplinario m?s amplio para comprender mejor sus dimensiones hist?rica, social, legal, pol?tica y ?tica. Ese marco m?s amplio se conoce como ciencia del medio am-

| 8 Primera parte Introducci?n y antecedentes

biente. La ciencia del medio ambiente examina el impacto del ser humano sobre el medio ambiente natural y como tal comprende una amplia variedad de temas que incluyen agronom?a, edafolog?a, demograf?a, agricultura, energ?a e hidrolog?a, por nombrar algunos.

1.5 | Los ec?logos utilizan m?todos cient?ficos

Para investigar la relaci?n de los organismos con su medio ambiente, los ec?logos deben llevar a cabo estudios experimentales en el laboratorio y en el campo. Todos estos estudios tienen algo en com?n, implican la recopilaci?n de datos para demostrar hip?tesis (v?ase Cuantificando la ecolog?a 1.1: Clasificaci?n de datos ecol?gicos). Una hip?tesis es la ?suposici?n fundamentada? que un cient?fico presenta para explicar un fen?meno observado; deber?a ser una afirmaci?n de causa y efecto capaz de evaluarse. Una hip?-

tesis puede basarse en la observaci?n en el campo o en el laboratorio o en investigaciones previas.

Por ejemplo, un ec?logo podr?a plantear la hip?tesis de que la disponibilidad del nitr?geno como nutriente es el principal factor que limita el crecimiento y la producci?n de las plantas en las praderas de Norteam?rica. Para demostrar esta hip?tesis, el ec?logo puede reunir datos en varias formas. El primer enfoque podr?a ser un estudio de campo. El ec?logo examinar?a la relaci?n entre el nitr?geno disponible y la producci?n de la pradera en un cierto n?mero de localidades. Ambos factores var?an en funci?n del suelo. Si el nitr?geno controla la producci?n de la pradera, la producci?n deber?a aumentar con el nitr?geno. El ec?logo medir?a la disponibilidad de nitr?geno y la producci?n de la pradera en determinados lugares de la regi?n. Posteriormente, la relaci?n entre estas dos variables, nitr?geno y producci?n, podr?a expresarse gr?ficamente (v?ase Cuantificando la ecolog?a 1.2: Visualizaci?n de datos ecol?gicos: histogramas y gr?ficos de dispersi?n).

Cuantificando la ecolog?a 1.1 | Clasificaci?n de datos ecol?gicos

Todos los estudios ecol?gicos implican recopilar datos

(observaciones y medidas en funci?n de las cuales se pueden proponer hip?tesis y extraerse conclusiones acerca de una poblaci?n). El uso del t?rmino poblaci?n en este contexto se refiere a una poblaci?n estad?stica. Es muy improbable que un investigador pueda reunir observaciones sobre todos los miembros de una poblaci?n total, as? que la parte de la poblaci?n que realmente es observada se denomina muestra. En funci?n de los datos de esta muestra el investigador extraer? sus conclusiones acerca de la poblaci?n en general. Sin embargo, no todos los datos son del mismo tipo y el tipo de datos recogidos en un estudio influye directamente sobre la forma de presentaci?n, los tipos de an?lisis que pueden efectuarse y las interpretaciones que pueden realizarse.

A un nivel general, los datos pueden clasificarse como (1) categ?ricos o (2) num?ricos. Los datos categ?ricos son observaciones cualitativas que se dividen en categor?as separadas y f?cilmente distinguibles. Los datos resultantes son etiquetas o categor?as, como el color del pelo o las plumas, el sexo o el estado reproductor (pre-reproductor, reproductor, post-reproductor). Los datos categ?ricos pueden subdividirse a su vez en dos tipos: nominales y ordinales. Los datos nominales son datos categ?ricos en los cuales los objetos se dividen en categor?as no ordenadas, como los ejemplos previos del color del pelo o el sexo. Por el contrario, los datos ordinales son datos categ?ricos en

los cuales el orden es importante, como el ejemplo del estado reproductor. En el caso especial en el cual s?lo existen dos categor?as, como en el caso de la presencia o ausencia de un rasgo, los datos categ?ricos se llaman binarios. Tanto los datos nominales como los ordinales pueden ser binarios.

Con los datos num?ricos, los objetos pueden ?medirse? en funci?n de ciertos rasgos cuantitativos. Los datos resultantes son un conjunto de n?meros, como altura, longitud o peso. Los datos num?ricos pueden subdividirse en dos tipos: discretos y continuos. Para los datos discretos son posibles solamente ciertos valores, como n?meros enteros o recuentos. Algunos ejemplos son el n?mero de descendientes, la cantidad de semillas producidas por una planta o el n?mero de visitas a una flor por parte de un colibr? durante el transcurso de un d?a. Con los datos continuos, te?ricamente, es posible cualquier valor dentro de un intervalo, solamente limitado por la capacidad del dispositivo de medida. Ejemplos de este tipo de datos inclu-

yen la altura, el peso o la concentraci?n. ?

1. ?Qu? tipo de datos representa el nitr?geno disponible variable (eje x) en la Fig. 1.2?

2. ?C?mo podr?a usted transformar esta variable (nitr?geno disponible) en datos categ?ricos? ?Se considerar?a ordinal o nominal?

| Cap?tulo 1 Naturaleza de la ecolog?a 9

Cuantificando la ecolog?a 1.2 | Visualizaci?n de datos ecol?gicos: histogramas y gr?ficos de dispersi?n

Cualquiera que sea el tipo de datos que recoge un observa-

dor (v?ase Cuantificando la ecolog?a 1.1), el proceso de interpretaci?n generalmente comienza con la visualizaci?n gr?fica del conjunto de observaciones. El m?todo m?s com?n para visualizar un ?nico conjunto de datos es elaborando una distribuci?n de frecuencias. Una distribuci?n de frecuencias es un recuento de la cantidad de observaciones (frecuencia) con una puntuaci?n o valor determinados. Por ejemplo, consideremos el siguiente conjunto de observaciones relativas al color de la flor en una muestra de 100 plantas de guisante.

Color de la flor Frecuencia

Violeta Rosa Blanco

50

35

15

Estos datos son categ?ricos y nominales, ya que las categor?as no tienen un orden inherente.

Las distribuciones de frecuencia tambi?n se utilizan para presentar datos continuos. El siguiente conjunto de datos continuos representa la longitud del cuerpo (en cent?metros) de 20 peces luna tomados como muestra de un estanque.

8,83; 9,25; 8,77; 10,38; 9,31; 8,92; 10,22; 7,95; 9,74; 9,51; 9,66; 10,42; 10,35; 8,82; 9,45; 7,84; 11,24; 11,06; 9,84; 10,75

Con datos continuos, la frecuencia de cada valor a menudo es un ?nico caso, ya que es improbable que varias medidas sean exactamente iguales. Por lo tanto, los datos continuos normalmente se agrupan en categor?as discretas, y cada categor?a representa un rango definido de valores. Cada categor?a no debe superponerse a otra de manera que cada observaci?n pertenezca solamente a una categor?a. Por ejemplo, los datos de longitud corporal podr?an agruparse en categor?as discretas de la siguiente forma:

Longitud corporal (intervalos, cm)

7,00-7,99 8,00-8,99 9,00-9,99 10,00-10,99 11,00-11,99

N?mero de individuos

2 4 7 5 2

Una vez que las observaciones se han agrupado en categor?as, la distribuci?n de frecuencias resultante puede visualizarse como un histograma (tipo de gr?fico de barras) (Figura 1a). El eje x representa los intervalos discretos de la longitud del cuerpo y el eje y representa el n?mero de individuos cuya longitud corporal pertenece a cada uno de los intervalos.

8

85,0

7

80,0

6

75,0

Frecuencia Peso corporal (g)

5

70,0

4

65,0

3

60,0

2

55,0

1

50,0

0 7,00? 7,99

(a)

8,00? 8,99

9,00? 9,99

10,00? 10,99

Longitud corporal (cm)

11,00? 11,99

45,07,0 (b)

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

Longitud corporal (cm)

Figura 1: | (a) Ejemplo de un histograma que especifica el n?mero de individuos que pertenecen a diferentes categor?as de longitud corporal de una muestra tomada de una poblaci?n de peces luna. (b) Gr?fico de dispersi?n que especifica la longitud

corporal (eje x) y el peso corporal (eje y) para la muestra de peces luna presentada en (a).

| 10 Primera parte Introducci?n y antecedentes

Efectivamente, los datos continuos se han transformado en datos categ?ricos a efectos de su visualizaci?n gr?fica. A menos que existan razones previas para definir categor?as, la definici?n de los intervalos forma parte del proceso de interpretaci?n de datos: la b?squeda de un patr?n. Por ejemplo, ?c?mo cambiar?a el patr?n representado en el histograma en la Figura 1a si los intervalos fueran en unidades de 1 pero comenzaran con 7,50 (7,50-8,49, 8,50-9,49, etc.)?

Sin embargo, con frecuencia el investigador examina la relaci?n entre dos variables o conjuntos de observaciones. Cuando ambas variables son num?ricas, el m?todo m?s com?n de visualizar gr?ficamente los datos es mediante un gr?fico de dispersi?n. Un gr?fico de dispersi?n se construye definiendo dos ejes (x e y), cada uno de los cuales representa una de las dos variables examinadas. Por ejemplo, supongamos que el investigador que recogi? observaciones acerca de la longitud corporal de los peces luna pescados en el estanque tambi?n midiera su peso en gramos. El investigador podr?a estar interesado en saber si existe una relaci?n entre la longitud y el peso corporal del pez luna.

En este ejemplo, la longitud corporal ser?a el eje x, o variable independiente (Apartado 1.5) y el peso corporal ser?a el eje y, o variable dependiente. Una vez que se definen los dos ejes, cada individuo (pez luna) puede dibujarse como un punto en el gr?fico, defini?ndose la posici?n de dicho punto por sus valores respectivos de longitud y peso corporal (Figura 1b).

Los gr?ficos de dispersi?n pueden describirse como pertenecientes a uno de tres patrones generales representados por los tres gr?ficos de la Figura 2. En el gr?fico (a), hay una tendencia general a que la y aumente con valores crecientes de x. En este caso, la relaci?n entre x e y se denomina positiva (como con el ejemplo de la longitud corporal y el peso del pez luna). En el gr?fico (b), el patr?n se invierte e y disminuye con los valores crecientes de x. En este caso, la relaci?n entre x e y se denomina negativa o inversa. En el gr?fico (c), no hay una relaci?n aparente entre x e y.

Se presentan a lo largo del texto muchos tipos de gr?ficos, pero la mayor?a ser?n histogramas y gr?ficos de dispersi?n. Sin importar el tipo de gr?fico que se muestre, deber? formularse las mismas preguntas indicadas a continuaci?n para ayudarle a interpretar los resultados. Revise este grupo de preguntas aplic?ndolas a los gr?ficos de la

Figura 1. ?Qu? observa? ?

1. ?Qu? tipo de datos representan las observaciones?

2. ?Qu? variables representa cada uno de los ejes y cu?les son sus unidades (cm, g, color, etc.)?

10

8

6

y

4

2

00

2

4

6

x (a)

10

8

6

y

4

2

00

2

4

6

x (b)

10

8

6

y

4

2

00

2

4

6

x (c)

Figura 2: | Tres patrones generales de gr?ficos de dispersi?n.

8 10 8 10 8 10

3. ?C?mo var?an los valores de y (variable dependiente) con los valores de x (variable independiente)?

Vaya a

y

en pa-

ra profundizar m?s sobre c?mo visualizar gr?ficamente los

datos.

| Cap?tulo 1 Naturaleza de la ecolog?a 11

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