El mundo vivo: Biodiversidad

Biodiversidad 生物多样性 es la variedad de la vida, medida en tres niveles:

• Diversidad genética – variedad de genes dentro de una especie. Mayor variedad genética significa que una población puede responder mejor a los estresores ambientales 环境压力; un cuello de botella poblacional 种群瓶颈 (una caída brusca en el número) elimina esa variedad y deja a los supervivientes vulnerables.
• Diversidad de especies – el número de especies (riqueza de especies 物种丰富度) y qué tan uniformemente se distribuyen los individuos entre ellas.
• Diversidad de hábitats – la variedad de hábitats en una región.

Los ecosistemas con mayor riqueza de especies son más resilientes 有韧性的: se recuperan de las perturbaciones con mayor facilidad, porque diversas especies pueden ocupar roles cuando cambian las condiciones. La pérdida de hábitat elimina especies en un orden predecible – las especies especialistas 特化 (necesidades estrechas) desaparecen primero, seguidas por las especies generalistas más resistentes, y las especies que requieren grandes territorios declinan a medida que se contrae su rango.

Servicios ecosistémicos 生态系统服务 son los beneficios gratuitos que la naturaleza proporciona a las personas, en cuatro categorías:

• Provisionamiento – productos: alimentos, agua dulce, madera, fibras.
• Regulación – procesos que mantienen estables las condiciones: regulación del clima, filtración de agua, polinización, control de inundaciones.
• Culturales – valor no material: recreación, belleza, valor espiritual y educativo.
• Soporte – los servicios que hacen posibles los demás: ciclo de nutrientes, formación de suelo, fotosíntesis.

Las actividades antropogénicas 人为as (causadas por humanos) pueden alterar estos servicios, con costos económicos y ecológicos reales; por ejemplo, la pérdida de polinizadores obliga a los agricultores a pagar por la polinización que las abejas hacían gratuitamente.

Biogeografía insular 岛屿生物地理学 estudia cuántas especies alberga una isla (o cualquier parche de hábitat aislado). El número se estabiliza en un equilibrio entre dos tasas:

• Inmigración de nuevas especies – mayor en islas más cercanas al continente.
• Extinción de especies residentes – menor en islas más grandes.

Por lo tanto, las islas grandes y cercanas albergan más especies; las pequeñas y remotas, menos. El aislamiento también impulsa la evolución: las especies insulares a menudo se vuelven especialistas debido a la limitación de recursos, y muchas son endémicas 特有 – encontrándose en ningún otro lugar. Esto las hace frágiles. Cuando llega una especie invasora 入侵物种 (generalmente un generalista resistente), puede superar en competencia a los especialistas, que no tienen a dónde ir.

Toda especie tiene un rango de tolerancia 耐受范围 – el espectro de condiciones (temperatura, salinidad, pH, luz solar) que puede soportar. Cerca del centro hay un rango óptimo 最适范围 donde los individuos prosperan; hacia los bordes están las zonas de estrés 胁迫区 donde sobreviven pero luchan para crecer o reproducirse; más allá de los límites mueren. La tolerancia ecológica 生态耐受性 se aplica tanto a un individuo único como a toda una especie, y determina dónde puede vivir un organismo y cómo se adapta a los cambios.

Los eventos naturales alteran los ecosistemas a todas las escalas temporales, y un solo evento natural puede rivalizar o exceder a uno provocado por el hombre. Los procesos de la Tierra presentan tres patrones temporales:

• Periódicos 周期性 – ciclos regulares (estaciones, mareas).
• Episódicos 偶发性 – eventos ocasionales e irregulares (incendios, inundaciones, erupciones volcánicas).
• Aleatorios 随机 – sin patrón (el impacto de un meteorito).

A lo largo del tiempo geológico, el clima de la Tierra ha cambiado por múltiples razones, y el nivel del mar ha subido y bajado con la cantidad de hielo glacial; cada cambio remodela vastas extensiones de hábitat. La fauna silvestre responde mediante la migración 迁徙, moviéndose distancias cortas o largas para seguir las condiciones.

Una adaptación 适应 es un rasgo heredado que mejora la supervivencia y la reproducción en un entorno. Las adaptaciones surgen mediante la selección natural 自然选择 – cambio genético incremental acumulado a lo largo de generaciones, no dentro de una sola vida. Cuando cambia el entorno, los individuos deben alterar su comportamiento, mudarse o morir; si el cambio ocurre más rápido de lo que una población puede adaptarse, esta declina. Una perturbación periódica como el fuego suele ser parte de un ciclo saludable, y muchas especies están adaptadas a él (algunos conos de pino se abren solo con el calor de un incendio).

Sucesión ecológica 生态演替 es el cambio gradual y ordenado en una comunidad a lo largo del tiempo:

• Sucesión primaria 初级演ítica comienza sobre roca desnuda con sin suelo – después de que un glaciar retrocede o la lava se enfría. Las especies pioneras 先锋物种 como los líquenes 地衣 llegan primero y construyen lentamente el suelo. Es lento.

• Sucesión secundaria 次级演ítica sigue a una perturbación que deja intacto el suelo – después de un incendio o abandono agrícola – por lo que es mucho más rápida.

La sucesión tiende hacia una comunidad clímax 顶极群落 relativamente estable. Dos roles especiales dan forma a una comunidad desproporcionadamente a su número: una especie clave 关键种, cuyas actividades mantienen unida la estructura de la comunidad (si se elimina, la comunidad colapsa – nutrias marinas manteniendo a los erizos bajo control), y una especie indicadora 指示物种, cuya presencia o salud señala la condición de todo el ecosistema (los líquenes desaparecen donde el aire está contaminado).

Ejemplo resuelto. Un estanque contiene 3 especies de peces con 5, 3 y 2 individuos ($N=10$). El Índice de Diversidad de Simpson $=1-\sum\left(\tfrac{n}{N}\right)^2 = 1-\left[(0.5)^2+(0.3)^2+(0.2)^2\right] = 1-0.38 = 0.62$. Un valor cercano a 1 indica alta diversidad; cercano a 0 significa que una especie domina. Agregar una cuarta especie de tamaño uniforme elevaría el índice.

• Describa la biodiversidad en tres niveles: genético, de especies y de hábitat, y vincule la mayor diversidad con mayor resiliencia.
• Las especies especialistas (necesidades estrechas) son más vulnerables que las generalistas cuando cambia un hábitat.
• Distinga la sucesión primaria (roca desnuda, sin suelo, lenta) de la secundaria (suelo intacto, más rápida).
• Explique una especie clave (efecto desproporcionado) y una especie indicadora (señala la salud del ecosistema).
• Nombre los cuatro servicios ecosistémicos (provisionamiento, regulación, culturales, soporte) con ejemplos.