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Ecología

AP Biología · Topic 8 · ⁨Tema 8⁩

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7:53

Ecología

Este arrecife contiene más tipos de vida en un hectárea que toda una provincia de tierras de cultivo. Cada pez depende del coral, y el coral de algas diminutas dentro de él.…

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8.1

Responses to the Environment · ⁨Respuestas al Entorno⁩
Syllabus
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.1.A: Explain how the behavioral and physiological response of an organism is related to changes in internal or external environment.

  • 8.1.A.1 Organisms respond to changes in their environment through behavioral and physiological mechanisms.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific behavioral or physiological mechanisms is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.A.1:
      • Photoperiodism and phototropism in plants
      • Taxis and kinesis in animals
      • Nocturnal and diurnal activity
  • 8.1.A.2 Organisms exchange information with one another in response to internal changes and external cues, which can change behavior.
    • Illustrative examples for 8.1.A.2:
      • Fight-or-flight response
      • Predator warnings
      • Plant responses to herbivory

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 8.1.B: Explain how the behavioral responses of organisms affect their overall fitness and may contribute to the success of a population.

  • 8.1.B.1 Organisms communicate through various mechanisms (visual, audible, tactile, electrical, and/or chemical signals).
    • i. Organisms have a variety of signaling behaviors that produce changes in the behavior of other organisms and can result in differential reproductive success.
    • ii. Animals use signals to indicate dominance, find food, establish territory, and ensure reproductive success.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific mechanisms of communication is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.B.1:
      • Territorial marking in mammals
      • Coloration in flowering plants and animals
      • Bird songs
      • Pack behaviors in animals
      • Predatory warnings
  • 8.1.B.2 Responses to information and communication of information are vital to natural selection and evolution.
    • i. Fitness favors innate and learned behaviors that increase survival and reproductive success.
    • ii. Cooperative behavior tends to increase the fitness of the individual and the survival of the population.
    • Exclusion statement: The details of the various communications and community behavioral systems are beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.B.2.i:
      • Parent and offspring interactions
      • Courtship and mating behaviors
      • Foraging by bees and other animals
    • Illustrative examples for 8.1.B.2.ii:
      • Pack behavior in animals
      • Herd, flock, and schooling behavior in animals
      • Predator warnings
      • Colony and swarming behavior in insects
      • Kin selection
Español

Idea principal 2 — Energetia: Los sistemas biológicos utilizan energía y bloques de construcción moleculares para crecer, reproducirse y mantener una homeostasis dinámica.

Objetivo de aprendizaje 8.1.A: Explicar cómo la respuesta conductual y fisiológica de un organismo se relaciona con los cambios en el entorno interno o externo.

  • 8.1.A.1 Los organismos responden a los cambios en su entorno mediante mecanismos conductuales y fisiológicos.
    • Enunciado de exclusión: El conocimiento de mecanismos conductuales o fisiológicos específicos está fuera del alcance del Examen AP.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.1.A.1:
      • Fotoperiodismo y fototropismo en plantas
      • Taxias y quinesis en animales
      • Actividad nocturna y diurna
  • 8.1.A.2 Los organismos intercambian información entre sí como respuesta a cambios internos y estímulos externos, lo cual puede modificar su comportamiento.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.1.A.2:
      • Respuesta de lucha o huida
      • Advertencias contra depredadores
      • Respuestas de las plantas ante el herbivorismo

Idea principal 3 — Almacenamiento y transmisión de información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de aprendizaje 8.1.B: Explicar cómo las respuestas conductuales de los organismos afectan su aptitud general y pueden contribuir al éxito de una población.

  • 8.1.B.1 Los organismos se comunican mediante diversos mecanismos (señales visuales, auditivas, táctiles, eléctricas y/o químicas).
    • i. Los organismos poseen una variedad de comportamientos de señalización que producen cambios en el comportamiento de otros organismos y pueden resultar en una aptitud reproductiva diferencial.
    • ii. Los animales utilizan señales para indicar dominancia, encontrar alimento, establecer territorios y asegurar el éxito reproductivo.
    • Enunciado de exclusión: El conocimiento de los mecanismos específicos de comunicación está fuera del alcance del Examen AP.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.1.B.1:
      • Marcación territorial en mamíferos
      • Coloración en plantas con flores y animales
      • Canciones de aves
      • Comportamientos de manada en animales
      • Advertencias contra depredadores
  • 8.1.B.2 Las respuestas a la información y la comunicación de esta son vitales para la selección natural y la evolución.
    • i. La aptitud favorece comportamientos innatos y aprendidos que aumentan la supervivencia y el éxito reproductivo.
    • ii. El comportamiento cooperativo tiende a aumentar la aptitud del individuo y la supervivencia de la población.
    • Enunciado de exclusión: Los detalles de los varios sistemas de comunicación y comportamiento comunitario están fuera del alcance del Examen AP.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.1.B.2.i:
      • Interacciones entre padres e hijos
      • Comportamientos de cortejo y apareamiento
      • Forrajeo por abejas y otros animales
    • Ejemplos ilustrativos para 8.1.B.2.ii:
      • Comportamiento de manada en animales
      • Comportamiento de rebaño, bandada y cardumen en animales
      • Advertencias contra depredadores
      • Comportamiento colonial y de enjambre en insectos
      • Selección de parientes

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Organisms sense and respond to their surroundings in ways that aid survival and reproduction. Behaviors may be innate (inherited, like reflexes and instincts) or learned. Responses such as migration, hibernation, and phototropism, and signals between organisms, are shaped by natural selection because they improve fitness.

The behaviours the CED lists by name

These are the illustrative behaviours an exam question builds its scenario from, so learn what each one is and what it buys the organism:

Behaviour What it is Why it aids fitness
taxis 趋性 movement directed towards or away from a stimulus reaches food, light or moisture, or escapes a hazard
kinesis 动性 a change in the rate of random movement, with no direction keeps the animal in favourable conditions by moving less there and more elsewhere
nocturnal and diurnal activity 夜行性与昼行性 being active at night, or by day avoids predators or heat, and matches activity to when food is available
territorial marking 领域标记 scent, sound or visual marks that claim an area secures food, nesting sites and mates without repeated fighting
coloration 体色 pigmentation in animals and flowering plants warning, camouflage, mate attraction — and in flowers, attracting pollinators
foraging 觅食 by bees and others searching for and collecting food efficient foraging returns more energy than it costs, which is what selection acts on

⚠️ Taxis and kinesis are the pair most often confused. Taxis has a direction: the woodlouse walks towards the damp. Kinesis has only a rate: the woodlouse moves quickly and turns often in dry air and slows down in damp air, so it ends up in the damp without ever steering there.

Life-history strategy 生活史策略 is the pattern of when an organism grows, reproduces and dies, and it too is shaped by selection: a biennial plant stores resources in its first year and flowers in its second; reproductive diapause pauses development until conditions improve, so offspring arrive when they can survive. Both trade the timing of reproduction against the chance that it succeeds.

Español

Los organismos perciben y responden a su entorno de maneras que favorecen la supervivencia y la reproducción. Los comportamientos pueden ser innatos (heredados, como reflejos e instintos) o aprendidos. Las respuestas tales como la migración, la hibernación y el fototropismo, así como las señales entre organismos, están moldeadas por la selección natural porque mejoran la aptitud biológica.

Los girasoles miran hacia la luz: los organismos detectan y responden a estímulos ambientales
Las girasoles miran hacia la luz: los organismos detectan y responden a estímulos ambientales

Los comportamientos que enumera el CED

Estos son los comportamientos ilustrativos desde los cuales una pregunta de examen construye su escenario, por lo que aprende qué es cada uno y qué proporciona al organismo:

Comportamiento Qué es Por qué ayuda a la aptitud biológica
taxis 趋性 movimiento dirigido hacia o lejos de un estímulo alcanza comida, luz o humedad, o escapa de un peligro
kinesis 动性 un cambio en la velocidad del movimiento aleatorio, sin dirección mantiene al animal en condiciones favorables moviéndose menos allí y más en otro lugar
actividad nocturna y diurna 夜行性与昼行性 estar activo durante la noche o durante el día evita depredadores o calor, y sincroniza la actividad con la disponibilidad de alimento
marcación territorial 领域标记 marcas de olor, sonido o visuales que reclaman un área asegura alimento, sitios de anidación y parejas sin luchas repetidas
coloración 体色 pigmentación en animales y plantas con flores advertencia, camuflaje, atracción de parejas — y en flores, atracción de polinizadores
forrajeo 觅食 por abejas y otros buscar y recolectar alimento el forrajeo eficiente devuelve más energía de la que cuesta, lo cual es sobre lo que actúa la selección

⚠️ Taxis y kinesis son el par más confundido. Taxis tiene una dirección: el isópodo camina hacia la zona húmeda. Kinesis tiene solo una velocidad: el isópodo se mueve rápido y gira frecuentemente en aire seco y se ralentiza en aire húmedo, por lo que termina en la zona húmeda sin haberse orientado deliberadamente hacia ella.

La estrategia de historia de vida 生活史策略 es el patrón de cuándo crece, se reproduce y muere un organismo, y también está moldeada por la selección: una planta biennial almacena recursos en su primer año y florece en el segundo; la diapasón reproductiva pausa el desarrollo hasta que las condiciones mejoren, para que la descendencia nazca cuando pueda sobrevivir. Ambas intercambian el momento de la reproducción contra la probabilidad de que esta tenga éxito.

Vocabulary · ⁨Vocabulario⁩ Train · ⁨Entrenar⁩
English · ⁨Inglés⁩ Chinese · ⁨Chino⁩ Pinyin
taxis/ˈtæksiz/ 趋性 qū xìng
kinesis/kəˈniːsɪs/ 动性 dòng xìng
nocturnal and diurnal activity/nɒkˈtɜːnl ænd ˈdɪɜːnl ækˈtɪvɪti/ 夜行性与昼行性 yè xíng xìng yǔ zhòu xíng xìng
territorial marking/ˌterɪˈtɔːrɪəl ˈmɑːkɪŋ/ 领域标记 lǐng yù biāo jì
coloration/ˌkʌləˈreɪʃn/ 体色 tǐ sè
foraging/ˈfɒrɪdʒɪŋ/ 觅食 mì shí
Life-history strategy/laɪf ˈhɪstəri ˈstrætədʒi/ 生活史策略 shēng huó shǐ cè lüè
ecosystems/ˈiːkəʊsɪstəmz/ 生态系统 shēng tài xì tǒng
producers/prəˈdjuːsəz/ 生产者 shēng chǎn zhě
consumers/kənˈsuːməz/ 消费者 xiāo fèi zhě
8.2

Energy Flow Through Ecosystems · ⁨Flujo de Energía a través de Ecosistemas⁩
Syllabus
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.2.A: Describe the strategies organisms use to acquire and use energy.

  • 8.2.A.1 Organisms use energy to organize, grow, reproduce, and maintain homeostasis.
    • i. Organisms use different strategies to regulate body temperature and metabolism. Endotherms use thermal energy generated by metabolism to maintain homeostatic body temperatures. Ectotherms lack efficient internal mechanisms for maintaining body temperature, although they may regulate their temperature behaviorally by moving into the sun or shade or by aggregating with other individuals.
    • ii. A net gain in energy results in energy storage, the growth of an organism, and increased reproductive output.
    • iii. A net loss of energy results in loss of mass, a decrease in reproductive output, and, eventually, the death of an organism.
  • 8.2.A.2 Different organisms use various reproductive strategies in response to energy availability. Some organisms alternate between asexual and sexual reproduction in response to energy availability.
    • Illustrative examples for 8.2.A:
      • Seasonal reproduction in animals and plants
      • Life-history strategy (biennial plants, reproductive diapause)

Learning Objective 8.2.B: Explain how energy flows and matter cycles through trophic levels.

  • 8.2.B.1 Ecological levels of organization include populations, communities, ecosystems, and biomes.
  • 8.2.B.2 Energy flows through ecosystems, while matter and nutrients cycle between the environment and organisms via biogeochemical cycles. The cycles are essential for life, and each cycle demonstrates the conservation of matter. The cycles are interdependent.
  • 8.2.B.3 Biogeochemical cycles include abiotic and biotic reservoirs, as well as processes that cycle matter between reservoirs.
  • 8.2.B.4 The hydrologic (water) cycle involves water movement and storage within the hydrosphere. Reservoirs include oceans, surface water, the atmosphere, and living organisms. Processes include evaporation, condensation, precipitation, and transpiration.
  • 8.2.B.5 The carbon cycle involves recycling carbon atoms through Earth's biosphere into organisms as carbohydrates and back into the atmosphere as carbon dioxide $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. At the highest levels of organization, the carbon cycle can be simplified into four parts: photosynthesis, cellular respiration, decomposition, and combustion.
  • 8.2.B.6 The nitrogen cycle involves several steps, including nitrogen fixation, assimilation, ammonification, nitrification, and denitrification. These steps are performed by microorganisms in the soil. The largest reservoir of nitrogen is the atmosphere. In nitrogen fixation, nitrogen gas $\left(\mathrm{N_2}\right)$ is fixed into ammonia $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, which ionizes to ammonium $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ by acquiring hydrogen ions from the soil solution.
  • 8.2.B.7 The phosphorus cycle involves weathering rocks releasing phosphate $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ into soil and groundwater. Producers take in phosphate, which is incorporated into biological molecules; consumers eat producers, transferring phosphate to animals. Phosphorus returns to the soil via decomposition of biomass, or excretion. Phosphate can also be incorporated back into the environment via decomposition of decaying organic matter.

Learning Objective 8.2.C: Explain how changes in energy availability affect populations, communities, and ecosystems.

  • 8.2.C.1 Changes in energy availability can result in changes in population size.
  • 8.2.C.2 Changes in energy availability can result in disruptions to an ecosystem.
    • i. A change in energy resources such as sunlight can affect the number and size of the trophic levels. Trophic levels include producers; primary, secondary, tertiary, and quaternary consumers; and decomposers.
    • ii. A change in the biomass or number of producers in a given geographic area can affect the number and size of other trophic levels.

Learning Objective 8.2.D: Explain how the activities of autotrophs and heterotrophs enable the flow of energy within an ecosystem.

  • 8.2.D.1 Autotrophs capture energy from physical or chemical sources in the environment.
    • i. Photosynthetic organisms capture energy present in sunlight contributing to primary productivity.
    • ii. Chemosynthetic organisms capture energy from small inorganic molecules present in their environment, which can occur in the absence of oxygen.
  • 8.2.D.2 Heterotrophs, which include carnivores, herbivores, omnivores, decomposers, and scavengers, metabolize carbohydrates, lipids, and proteins as sources of energy. Heterotrophs capture the energy present in carbon compounds by consuming organic matter derived from autotrophs incorporating matter into their tissues.
Español

Idea Central 2 — Energetica: Los sistemas biológicos utilizan energía y bloques de construcción moleculares para crecer, reproducirse y mantener una homeostasis dinámica.

Objetivo de Aprendizaje 8.2.A: Describir las estrategias que utilizan los organismos para adquirir y usar la energía.

  • 8.2.A.1 Los organismos utilizan energía para organizarse, crecer, reproducirse y mantener la homeostasis.
    • i. Los organismos utilizan diferentes estrategias para regular su temperatura corporal y metabolismo. Los endotermos usan la energía térmica generada por el metabolismo para mantener temperaturas corporales homeostáticas. Los ectotermos carecen de mecanismos internos eficientes para mantener la temperatura corporal, aunque pueden regularla conductualmente moviéndose hacia la luz solar o la sombra, o agrupándose con otros individuos.
    • ii. Una ganancia neta de energía resulta en almacenamiento de energía, crecimiento del organismo y aumento de la producción reproductiva.
    • iii. Una pérdida neta de energía resulta en pérdida de masa, disminución de la producción reproductiva y, eventualmente, la muerte del organismo.
  • 8.2.A.2 Diferentes organismos utilizan diversas estrategias reproductivas en respuesta a la disponibilidad de energía. Algunos organismos alternan entre reproducción asexual y sexual en respuesta a la disponibilidad de energía.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.2.A:
      • Reproducción estacional en animales y plantas
      • Estrategia de historia de vida (plantas bienales, diapausa reproductiva)

Objetivo de Aprendizaje 8.2.B: Explicar cómo fluye la energía y se cicla la materia a través de los niveles tróficos.

  • 8.2.B.1 Los niveles ecológicos de organización incluyen poblaciones, comunidades, ecosistemas y biomas.
  • 8.2.B.2 La energía fluye a través de los ecosistemas, mientras que la materia y los nutrientes se ciclan entre el ambiente y los organismos a través de ciclos biogeoquímicos. Los ciclos son esenciales para la vida y cada ciclo demuestra la conservación de la materia. Los ciclos son interdependientes.
  • 8.2.B.3 Los ciclos biogeoquímicos incluyen reservorios abióticos y bióticos, así como procesos que ciclan la materia entre reservorios.
  • 8.2.B.4 El ciclo hidrológico (del agua) implica el movimiento y almacenamiento de agua dentro de la hidrosfera. Los reservorios incluyen océanos, aguas superficiales, la atmósfera y organismos vivos. Los procesos incluyen evaporación, condensación, precipitación y transpiración.
  • 8.2.B.5 El ciclo del carbono implica el reciclaje de átomos de carbono a través de la biosfera terrestre hacia los organismos como carbohidratos y de vuelta a la atmósfera como dióxido de carbono $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. En los niveles más altos de organización, el ciclo del carbono puede simplificarse en cuatro partes: fotosíntesis, respiración celular, descomposición y combustión.
  • 8.2.B.6 El ciclo del nitrógeno involucra varios pasos, incluyendo la fijación del nitrógeno, asimilación, amonificación, nitrificación y desnitrificación. Estos pasos los realizan microorganismos en el suelo. El mayor reservorio de nitrógeno es la atmósfera. En la fijación del nitrógeno, el gas nitrógeno $\left(\mathrm{N_2}\right)$ se fija en amoníaco $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, el cual se ioniza a amonio $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ al adquirir iones de hidrógeno de la solución del suelo.
  • 8.2.B.7 El ciclo del fósforo implica la meteorización de rocas liberando fosfato $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ en el suelo y aguas subterráneas. Los productores absorben fosfato, el cual se incorpora a moléculas biológicas; los consumidores comen a los productores, transfiriendo el fósforo a los animales. El fósforo regresa al suelo a través de la descomposición de biomasa o excreción. El fosfato también puede reincorporarse al medio ambiente a través de la descomposición de materia orgánica en descomposición.

Objetivo de Aprendizaje 8.2.C: Explicar cómo los cambios en la disponibilidad de energía afectan a las poblaciones, comunidades y ecosistemas.

  • 8.2.C.1 Los cambios en la disponibilidad de energía pueden resultar en cambios en el tamaño de la población.
  • 8.2.C.2 Los cambios en la disponibilidad de energía pueden resultar en perturbaciones a un ecosistema.
    • i. Un cambio en los recursos energéticos, como la luz solar, puede afectar el número y tamaño de los niveles tróficos. Los niveles tróficos incluyen productores; consumidores primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios; y descomponedores.
    • ii. Un cambio en la biomasa o número de productores en un área geográfica determinada puede afectar el número y tamaño de otros niveles tróficos.

Objetivo de Aprendizaje 8.2.D: Explicar cómo las actividades de los autótrofos y heterótrofos permiten el flujo de energía dentro de un ecosistema.

  • 8.2.D.1 Los autótrofos capturan energía de fuentes físicas o químicas en el ambiente.
    • i. Los organismos fotosintéticos capturan la energía presente en la luz solar contribuyendo a la productividad primaria.
    • ii. Los organismos quimiosintéticos capturan energía de pequeñas moléculas inorgánicas presentes en su ambiente, lo cual puede ocurrir en ausencia de oxígeno.
  • 8.2.D.2 Los heterótrofos, que incluyen carnívoros, herbívoros, omnívoros, descomponedores y carroñeros, metabolizan carbohidratos, lípidos y proteínas como fuentes de energía. Los heterótrofos capturan la energía presente en compuestos de carbono al consumir materia orgánica derivada de los autótrofos e incorporando materia a sus tejidos.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Energy enters most ecosystems 生态系统 as sunlight, is captured by producers 生产者 (photosynthesizers), and passes to consumers 消费者 along a food chain 食物链. Each level is a trophic level 营养级. Only about 10% of energy transfers up each level (the rest is lost as heat), so food chains are short and producers are the most abundant. Energy flows through and is lost, while matter (carbon, nitrogen) cycles.

Worked example. Suppose producers capture $10{,}000\ \text{kcal}$. Applying the $10\%$ rule, primary consumers receive about $1{,}000\ \text{kcal}$, secondary consumers $100\ \text{kcal}$, and tertiary consumers only $10\ \text{kcal}$. Losing $90\%$ as heat at every step is exactly why food chains rarely exceed four or five levels – there is too little energy left to support another.

Español

La energía entra en la mayoría de los ecosistemas 生态系统 como luz solar, es capturada por los productores 生产者 (fotosintetizadores), y pasa a los consumidores 消费者 a lo largo de una cadena alimentaria 食物链. Cada nivel es un nivel trófico 营养级. Solo aproximadamente el 10% de la energía se transfiere hacia arriba en cada nivel (el resto se pierde como calor), por lo que las cadenas alimentarias son cortas y los productores son los más abundantes. La energía fluye a través del sistema y se pierde, mientras que la materia (carbono, nitrógeno) cicla.

Solo alrededor del 10% de la energía pasa al siguiente nivel trófico
Solo alrededor del 10% de la energía pasa al siguiente nivel trófico

Ejemplo resuelto. Supongamos que los productores capturan $10{,}000\ \text{kcal}$. Aplicando la regla del $10\%$, los consumidores primarios reciben aproximadamente $1{,}000\ \text{kcal}$, los secundarios $100\ \text{kcal}$, y los terciarios solo $10\ \text{kcal}$. Perder $90\%$ como calor en cada paso es exactamente por qué las cadenas alimentarias rara vez superan cuatro o cinco niveles: queda demasiada poca energía para sostener otro nivel más.

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Energía ascendiendo por una cadena alimentaria

Solo alrededor del 10% de la energía pasa al siguiente nivel trófico; el resto se pierde como calor. Por eso las cadenas alimentarias son cortas y los depredadores superiores son pocos.

8.3

Population Ecology · ⁨Ecología de Poblaciones⁩
Syllabus
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 8.3.A: Describe factors that influence growth dynamics of populations.

  • 8.3.A.1 Populations comprise individual organisms of the same species that interact with one another and with the environment in complex ways.
  • 8.3.A.2 Many adaptations in organisms are related to obtaining and using energy and matter in a particular environment.
    • i. Population growth dynamics depend on birth rate, death rate, and population size.
      • Equation: Population Growth — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ where $dt$ = chage in time; $B$ = birth rate; $D$ = death rate; $N$ = population size; $dN$ = change in population size
    • ii. Reproduction without constraints results in the exponential growth of a population.
      • Equation: Exponential Growth — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ where $dt$ = change in time; $N$ = population size; $dN$ = change in population size; $r_{max}$ = maximum per capita growth rate of population
Español

Idea Central 3 — Almacenamiento y Transmisión de Información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de Aprendizaje 8.3.A: Describir los factores que influyen en las dinámicas de crecimiento de las poblaciones.

  • 8.3.A.1 Las poblaciones están compuestas por organismos individuales de la misma especie que interactúan entre sí y con el entorno de formas complejas.
  • 8.3.A.2 Muchas adaptaciones en los organismos están relacionadas con la obtención y el uso de energía y materia en un entorno particular.
    • i. Las dinámicas de crecimiento de la población dependen de la tasa de natalidad, la tasa de mortalidad y el tamaño de la población.
      • Ecuación: Crecimiento de Población — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ donde $dt$ = cambio en el tiempo; $B$ = tasa de natalidad; $D$ = tasa de mortalidad; $N$ = tamaño de la población; $dN$ = cambio en el tamaño de la población
    • ii. La reproducción sin restricciones resulta en el crecimiento exponencial de una población.
      • Ecuación: Crecimiento Exponencial — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ donde $dt$ = cambio en el tiempo; $N$ = tamaño de la población; $dN$ = cambio en el tamaño de la población; $r_{max}$ = tasa máxima de crecimiento per cápita de la población

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

A population 种群 is the individuals of one species in an area. Its growth depends on birth, death, immigration, and emigration. Exponential growth 指数增长 ($J$-shaped) happens with unlimited resources; logistic growth 逻辑斯蒂增长 ($S$-shaped) levels off at the carrying capacity 环境容纳量 $K$ – the maximum the environment can sustain – following $\dfrac{dN}{dt}=r_{\max}N\dfrac{K-N}{K}$.

Worked example. A population has $r_{\max}=0.5\ \text{yr}^{-1}$, carrying capacity $K=1000$, and current size $N=400$. Then $\dfrac{dN}{dt}=0.5\times400\times\dfrac{1000-400}{1000}=0.5\times400\times0.6=120$ individuals per year. The $\frac{K-N}{K}$ term is why growth is fastest near $N=K/2$ and slows toward zero as $N$ approaches $K$.

Español

Una población 种群 es el conjunto de individuos de una sola especie en un área. Su crecimiento depende de nacimientos, muertes, inmigración y emigración. El crecimiento exponencial 指数增长 (forma de $J$) ocurre con recursos ilimitados; el crecimiento logístico 逻辑斯蒂增长 (forma de $S$) se estabiliza en la capacidad de carga 环境容纳量 $K$ – el máximo que el ambiente puede sostener – siguiendo $\dfrac{dN}{dt}=r_{\max}N\dfrac{K-N}{K}$.

Crecimiento poblacional: retraso, exponencial y luego nivelación en la capacidad de carga
Crecimiento poblacional: fase de latencia, exponencial y luego estabilización en la capacidad de carga

Ejemplo resuelto. Una población tiene $r_{\max}=0.5\ \text{yr}^{-1}$, capacidad de carga $K=1000$, y tamaño actual $N=400$. Entonces hay $\dfrac{dN}{dt}=0.5\times400\times\dfrac{1000-400}{1000}=0.5\times400\times0.6=120$ individuos por año. El término $\frac{K-N}{K}$ explica por qué el crecimiento es más rápido cerca de $N=K/2$ y se desacelera hacia cero cuando $N$ se acerca a $K$.

Explore · ⁨Explorar⁩

Hacer crecer una población hasta la capacidad de carga

Una población crece rápido cuando es pequeña, luego se ralentiza a medida que se acerca a su capacidad de carga $K$ — crecimiento logístico. Aumenta la tasa de crecimiento y observa cómo se nivela.

Vocabulary · ⁨Vocabulario⁩ Train · ⁨Entrenar⁩
English · ⁨Inglés⁩ Chinese · ⁨Chino⁩ Pinyin
population/ˌpɒpjʊˈleɪʃn/ 种群 zhǒng qún
Exponential growth/ˌekspəˈnenʃl ɡrəʊθ/ 指数增长 zhǐ shù zēng zhǎng
logistic growth/ləˈdʒɪstɪk ɡrəʊθ/ 逻辑斯蒂增长 luó jí sī dì zēng zhǎng
carrying capacity/ˈkæriɪŋ kəˈpæsɪti/ 环境容纳量 huán jìng róng nà liàng
Density-dependent/ˈdensɪti dɪˈpendənt/ 密度制约 mì dù zhì yuē
Density-independent/ˈdensɪti ˌɪndɪˈpendənt/ 非密度制约 fēi mì dù zhì yuē
community/kəˈmjuːnɪti/ 群落 qún luò
competition/ˌkɒmpəˈtɪʃn/ 竞争 jìng zhēng
predation/prɪˈdeɪʃn/ 捕食 bǔ shí
symbiosis/ˌsɪmbaɪˈəʊsɪs/ 共生 gòng shēng
8.4

Effect of Density on Populations · ⁨Efecto de la Densidad sobre las Poblaciones⁩
Syllabus
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.4.A: Explain how the density of a population affects and is determined by resource availability in the environment.

  • 8.4.A.1 Carrying capacity is the sustainable abundance of a species that can be supported by the ecosystem's total available resources.
  • 8.4.A.2 As limits to growth attributable to density-dependent and density-independent factors are imposed, a logistic growth model typically ensues.
    • Equation: Logistical Growth — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ where $dt$ = change in time; $N$ = population size; $dN$ = change in population size; $r_{max}$ = maximum per capita growth rate of population; $K$ = carrying capacity
Español

Idea central 4 — Interacciones entre sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de aprendizaje 8.4.A: Explicar cómo la densidad de una población afecta y es determinada por la disponibilidad de recursos en el entorno.

  • 8.4.A.1 La capacidad de carga es la abundancia sostenible de una especie que puede ser sostenida por los recursos totales disponibles del ecosistema.
  • 8.4.A.2 A medida que se imponen límites al crecimiento atribuibles a factores dependientes e independientes de la densidad, típicamente se produce un modelo de crecimiento logístico.
    • Ecuación: Crecimiento logístico — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ donde $dt$ = cambio en el tiempo; $N$ = tamaño de la población; $dN$ = cambio en el tamaño de la población; $r_{max}$ = tasa máxima de crecimiento per cápita de la población; $K$ = capacidad de carga

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Some factors depend on crowding, others do not:

  • Density-dependent 密度制约 factors intensify as a population grows – competition, predation, disease.
  • Density-independent 非密度制约 factors act regardless of density – weather, natural disasters.

These factors regulate population size around the carrying capacity.

Español

Algunos factores dependen del amontonamiento, otros no:

  • Factores dependientes de la densidad 密度制约 se intensifican a medida que crece una población: competencia, depredación, enfermedades.
  • Factores independientes de la densidad 非密度制约 actúan independientemente de la densidad: clima, desastres naturales.

Estos factores regulan el tamaño de la población alrededor de la capacidad de carga.

Una densa manada de ciervos: factores dependientes de la densidad como enfermedades y competencia por alimentos se intensifican a medida que aumentan los números
Un rebaño denso de ciervos: factores dependientes de la densidad como enfermedades y competencia por alimentos se intensifican a medida que aumentan los números
8.5

Community Ecology · ⁨Ecología de Comunidades⁩
Syllabus
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.5.A: Describe the structure of a community according to its species composition and diversity.

  • 8.5.A.1 The structure of a community is measured and described in terms of species composition and species diversity.
    • Equation: Simpson's Diversity Index — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ where $n$ = total number of organisms of a particular species; $N$ = total number of organisms of all species

Learning Objective 8.5.B: Explain how interactions within and among populations influence community structure.

  • 8.5.B.1 Communities are groups of interacting populations of different species that change over time based on the interactions between those populations.
  • 8.5.B.2 Interactions among populations determine how they access energy and matter within a community.
  • 8.5.B.3 Relationships among interacting populations can be characterized by positive and negative effects and can be modeled. Examples include predator/prey interactions, cooperation, trophic cascades, and niche partitioning.
  • 8.5.B.4 Competition, predation, and symbioses, including parasitism, mutualism, and commensalism, can drive population dynamics.
Español

Idea central 2 — Energetica: Los sistemas biológicos utilizan energía y bloques de construcción moleculares para crecer, reproducirse y mantener la homeostasis dinámica.

Objetivo de aprendizaje 8.5.A: Describir la estructura de una comunidad según su composición y diversidad de especies.

  • 8.5.A.1 La estructura de una comunidad se mide y describe en términos de composición de especies y diversidad de especies.
    • Ecuación: Índice de diversidad de Simpson — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ donde $n$ = número total de organismos de una especie particular; $N$ = número total de organismos de todas las especies

Objetivo de aprendizaje 8.5.B: Explicar cómo las interacciones dentro y entre poblaciones influyen en la estructura de la comunidad.

  • 8.5.B.1 Las comunidades son grupos de poblaciones que interactúan de diferentes especies y que cambian con el tiempo en función de las interacciones entre esas poblaciones.
  • 8.5.B.2 Las interacciones entre poblaciones determinan cómo acceden a la energía y la materia dentro de una comunidad.
  • 8.5.B.3 Las relaciones entre poblaciones que interactúan pueden caracterizarse por efectos positivos y negativos y pueden modelarse. Los ejemplos incluyen interacciones depredador/presa, cooperación, cascadas tróficas y partición de nicho.
  • 8.5.B.4 La competencia, la depredación y las simbiosis, incluido el parasitismo, el mutualismo y el comensalismo, pueden impulsar la dinámica poblacional.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

A community 群落 is all the interacting populations in an area. Key interactions: competition 竞争 (for shared resources), predation 捕食, symbiosis 共生 – mutualism (both benefit), commensalism (one benefits, other unaffected), and parasitism (one benefits, other harmed). These relationships shape which species coexist.

Español
Clownfish among sea-anemone tentacles — a textbook mutualism
Pez payaso entre tentáculos de anémona de mar — un mutualismo de libro de texto

Una comunidad 群落 es todas las poblaciones interactivas en un área. Interacciones clave: competencia 竞争 (por recursos compartidos), depredación 捕食, simbiosis 共生 – mutualismo (ambos se benefician), comensalismo (uno se beneficia, el otro no se ve afectado) y parasitismo (uno se beneficia, el otro se daña). Estas relaciones determinan qué especies coexisten.

A food web links several food chains together
Una red alimentaria vincula varias cadenas alimentarias juntas
Vocabulary · ⁨Vocabulario⁩ Train · ⁨Entrenar⁩
English · ⁨Inglés⁩ Chinese · ⁨Chino⁩ Pinyin
food chain/fuːd tʃeɪn/ 食物链 shí wù liàn
trophic level/ˈtrəʊfɪk ˈlevl/ 营养级 yíng yǎng jí
8.6

Biodiversity · ⁨Biodiversidad⁩
Syllabus
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.6.A: Describe the relationship between ecosystem diversity and its resilience to changes in the environment.

  • 8.6.A.1 Natural and artificial ecosystems with fewer component parts, and with little diversity among the parts, are often less resilient to changes in the environment.
  • 8.6.A.2 Keystone species, producers, and essential abiotic and biotic factors contribute to maintaining the diversity of an ecosystem.

Learning Objective 8.6.B: Explain how the addition or removal of any component of an ecosystem will affect its overall short-term and long-term structure.

  • 8.6.B.1 The effects of keystone species on the ecosystem are disproportionate relative to their abundance in the ecosystem. When they are removed from the ecosystem, it often collapses.
Español

Gran Idea 4 — Interacciones de sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de aprendizaje 8.6.A: Describir la relación entre la diversidad de ecosistemas y su resiliencia ante cambios en el medio ambiente.

  • 8.6.A.1 Los ecosistemas naturales y artificiales con menos componentes y con poca diversidad entre ellos suelen ser menos resilientes a los cambios en el medio ambiente.
  • 8.6.A.2 Las especies clave, los productores y los factores abióticos y bióticos esenciales contribuyen a mantener la diversidad de un ecosistema.

Objetivo de aprendizaje 8.6.B: Explicar cómo la adición o eliminación de cualquier componente de un ecosistema afectará su estructura general a corto y largo plazo.

  • 8.6.B.1 Los efectos de las especies clave sobre el ecosistema son desproporcionados en relación con su abundancia en él. Cuando se eliminan del ecosistema, este a menudo colapsa.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Biodiversity 生物多样性 is the variety of life – genes, species, and ecosystems. Higher diversity generally makes a community more resilient 有韧性, better able to withstand and recover from disturbance. A keystone species 关键种 has an outsized effect, so losing it can collapse the community.

Español
Un afloramiento de arrecife de coral: alta biodiversidad en un ecosistema marino productivo
Formación arrecifal de coral: alta biodiversidad en un ecosistema marino productivo

La biodiversidad 生物多样性 es la variedad de la vida: genes, especies y ecosistemas. Una mayor diversidad generalmente hace que una comunidad sea más resiliente 有韧性, capaz de resistir y recuperarse de perturbaciones. Una especie clave 关键种 tiene un efecto desproporcionado, por lo que perderla puede colapsar la comunidad.

Biodiversity at three levels: genetic, species, and habitat
Biodiversidad a tres niveles: genética, de especies y de hábitat
Vocabulary · ⁨Vocabulario⁩ Train · ⁨Entrenar⁩
English · ⁨Inglés⁩ Chinese · ⁨Chino⁩ Pinyin
Biodiversity/ˌbaɪəʊdaɪˈvɜːsɪti/ 生物多样性 shēng wù duō yàng xìng
resilient/rɪˈsɪlɪənt/ 有韧性 yǒu rèn xìng
keystone species/ˈkiːstəʊn ˈspiːsiːz/ 关键种 guān jiàn zhǒng
ecological succession/ˌekəˈlɒdʒɪkl səkˈseʃn/ 生态演替 shēng tài yǎn tì
8.7

Disruptions in Ecosystems · ⁨Perturbaciones en Ecosistemas⁩
Syllabus
English

Big Idea 1 — Evolution: The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 8.7.A: Explain the interaction between the environment and random or preexisting variations in populations.

  • 8.7.A.1 An adaptation is a genetic variation that is favored by selection and manifests as a trait that provides an advantage to an organism in a particular environment.
  • 8.7.A.2 Heterozygote advantage is when the heterozygous genotype has a higher relative fitness than either the homozygous dominant or homozygous recessive genotype.
  • 8.7.A.3 Mutations are not directed by specific environmental pressures.

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.7.B: Explain how invasive species affect ecosystem dynamics.

  • 8.7.B.1 The intentional or unintentional introduction of an invasive species can allow the species to exploit a new niche free of predators or competitors or to outcompete native species for resources.
    • Illustrative examples for 8.7.B.1:
      • Kudzu
      • Zebra mussels

Learning Objective 8.7.C: Describe human activities that lead to changes in ecosystem structure and dynamics.

  • 8.7.C.1 Human impact accelerates changes at local and global levels. These activities can drive changes in ecosystems, such as the following, that cause extinctions to occur:
    • i. Biomagnification
    • ii. Eutrophication
    • Illustrative examples for 8.7.C.1:
      • Dutch elm disease
      • Potato blight

Learning Objective 8.7.D: Explain how geological and meteorological activity leads to changes in ecosystem structure and dynamics.

  • 8.7.D.1 Geological and meteorological events affect habitat change and ecosystem distribution. Biogeographical studies illustrate these changes.
    • Illustrative examples for 8.7.D.1:
      • Global climate change
      • Logging
      • Urbanization
      • Monocropping
      • El Nino
      • Continental drift
      • Meteor impact on dinosaurs
Español

Gran Idea 1 — Evolución: El proceso de la evolución impulsa la diversidad y la unidad de la vida.

Objetivo de aprendizaje 8.7.A: Explicar la interacción entre el entorno y las variaciones aleatorias o preexistentes en las poblaciones.

  • 8.7.A.1 Una adaptación es una variación genética favorecida por la selección que se manifiesta como un rasgo que proporciona una ventaja a un organismo en un entorno particular.
  • 8.7.A.2 La ventaja del heterocigoto ocurre cuando el genotipo heterocigoto tiene una aptitud relativa mayor que cualquiera de los genotipos homocigotos dominante o recesivo.
  • 8.7.A.3 Las mutaciones no están dirigidas por presiones ambientales específicas.

Gran Idea 4 — Interacciones de sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de aprendizaje 8.7.B: Explicar cómo las especies invasoras afectan la dinámica del ecosistema.

  • 8.7.B.1 La introducción intencional o accidental de una especie invasora puede permitir que esta explote un nuevo nicho libre de depredadores o competidores, o que compita con éxito contra las especies nativas por recursos.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.7.B.1:
      • Kudzu
      • Meja cebra

Objetivo de aprendizaje 8.7.C: Describir las actividades humanas que conducen a cambios en la estructura y la dinámica del ecosistema.

  • 8.7.C.1 El impacto humano acelera los cambios a niveles locales y globales. Estas actividades pueden impulsar cambios en los ecosistemas, tales como los siguientes, que provocan extinciones:
    • i. Biomagnificación
    • ii. Eutrofización
    • Ejemplos ilustrativos para 8.7.C.1:
      • Enfermedad del olmo holandés
      • Tizón de la patata

Objetivo de aprendizaje 8.7.D: Explicar cómo la actividad geológica y meteorológica conduce a cambios en la estructura y la dinámica del ecosistema.

  • 8.7.D.1 Los eventos geológicos y meteorológicos afectan el cambio de hábitat y la distribución de los ecosistemas. Los estudios biogeográficos ilustran estos cambios.
    • Ejemplos ilustrativos para 8.7.D.1:
      • Cambio climático global
      • Explotación forestal
      • Urbanización
      • Monocultivo
      • Fenómeno El Niño
      • Deriva continental
      • Impacto de un meteorito sobre los dinosaurios

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fuente: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Ecosystems change from natural and human causes – climate shifts, invasive species, habitat loss, and pollution. A disturbance can trigger ecological succession 生态演替 (the community rebuilds over time). Because species are interconnected, a change to one – especially a keystone or a trophic level – can ripple through the whole ecosystem.

Español
Paisaje deforestado — la pérdida de hábitat es una gran perturbación para los ecosistemas
Paísaje deforestado: la pérdida de hábitat es una perturbación importante para los ecosistemas

Los ecosistemas cambian debido a causas naturales y humanas: cambios climáticos, especies invasoras, pérdida de hábitat y contaminación. Una perturbación puede desencadenar sucesión ecológica 生态演替 (la reconstrucción de la comunidad a lo largo del tiempo). Dado que las especies están interconectadas, un cambio en una de ellas —especialmente una especie clave o un nivel trófico— puede tener efectos en cascada en todo el ecosistema.

La deforestación reduce la biodiversidad y causa erosión, inundaciones y mayor CO2
La deforestación reduce la biodiversidad y causa erosión, inundaciones y mayores niveles de CO2
8.7

Exam tips · ⁨Consejos para el examen⁩
English
  • Apply the 10% rule: about 90% of energy is lost at each trophic level, so food chains are short.
  • Distinguish exponential ($J$) from logistic ($S$) growth; the latter levels off at the carrying capacity ($\frac{dN}{dt}=r_{\max}N\frac{K-N}{K}$).
  • Separate density-dependent (competition, disease, predation) from density-independent (weather) limiting factors.
  • Name community interactions (competition, predation, symbiosis) and the effect of a keystone species.
  • Explain how disturbing one species — especially a keystone or a whole trophic level — ripples through the ecosystem.
Español
  • Aplicar la regla del 10%: aproximadamente el 90% de la energía se pierde en cada nivel trófico, por lo que las cadenas alimentarias son cortas.
  • Diferenciar el crecimiento exponencial ($J$) del crecimiento logístico ($S$); este último se estabiliza en la capacidad de carga ($\frac{dN}{dt}=r_{\max}N\frac{K-N}{K}$).
  • Separar los factores limitantes dependientes de la densidad (competencia, enfermedad, depredación) de los independientes de la densidad (clima).
  • Nombrar las interacciones comunitarias (competencia, depredación, simbiosis) y el efecto de una especie clave.
  • Explicar cómo alterar una especie —especialmente una especie clave o un nivel trófico entero— genera efectos en cascada a través del ecosistema.

Interactive lessons on this topic · ⁨Lecciones interactivas sobre este tema⁩

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