Dispersión biológica

La dispersión biológica se refiere tanto al movimiento de individuos ( animales , plantas , hongos , bacterias , etc.) desde su lugar de nacimiento hasta su lugar de reproducción ('dispersión natal'), como al movimiento de un lugar de reproducción a otro ('reproducción dispersión'). La dispersión también se usa para describir el movimiento de propágulos como semillas y esporas . Técnicamente, la dispersión se define como cualquier movimiento que tenga el potencial de conducir al flujo de genes . [1]El acto de dispersión involucra tres fases: salida, transferencia, liquidación y existen diferentes costos de adecuación y beneficios asociados con cada una de estas fases. [2] A través de simplemente pasar de un hábitat parche a otro, la dispersión de un individuo tiene consecuencias no sólo para el individuo de la aptitud , sino también para la dinámica de la población , la genética de poblaciones y la distribución de especies . [3] [4] [5] Comprender la dispersión y las consecuencias tanto para las estrategias evolutivas a nivel de especie como para los procesos a nivel de ecosistema, requiere comprender el tipo de dispersión, el rango de dispersión de una especie dada y la dispersión mecanismos implicados.

Dispersión de semillas de diente de león por el viento .
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Dispersión de liquen soredia (visualizada con luz ultravioleta ) por una araña

La dispersión biológica puede contrastarse con la geodispersión , que es la mezcla de poblaciones previamente aisladas (o biotas enteras) tras la erosión de las barreras geográficas a la dispersión o al flujo de genes (Lieberman, 2005; [6] [7] Albert y Reis, 2011 [8 ] ).

La dispersión se puede distinguir de la migración animal (típicamente el movimiento estacional de ida y vuelta), aunque en la literatura de genética de poblaciones , los términos " migración " y "dispersión" a menudo se usan indistintamente.

Dispersión de la población parental

Algunos organismos son móviles durante toda su vida, pero otros están adaptados para moverse o ser movidos en fases precisas y limitadas de sus ciclos de vida. Esto se denomina comúnmente fase dispersiva del ciclo de vida. Las estrategias de los ciclos vitales completos de los organismos a menudo se basan en la naturaleza y las circunstancias de sus fases dispersivas.

En general, existen dos tipos básicos de dispersión:

Dispersión independiente de la densidad
Los organismos han desarrollado adaptaciones para la dispersión que aprovechan varias formas de energía cinética que ocurren naturalmente en el medio ambiente. Esto se conoce como dispersión pasiva o independiente de la densidad y opera en muchos grupos de organismos (algunos invertebrados , peces , insectos y organismos sésiles como las plantas ) que dependen de vectores animales , viento, gravedad o corriente para su dispersión. [9] [10]
Dispersión dependiente de la densidad
La dispersión activa o dependiente de la densidad de muchos animales depende en gran medida de factores como el tamaño de la población local , la competencia por los recursos , la calidad del hábitat y el tamaño del hábitat. [11] [12] [13]

Debido a la densidad de población, la dispersión puede aliviar la presión por los recursos en un ecosistema, y ​​la competencia por estos recursos puede ser un factor de selección para los mecanismos de dispersión. [14]

La dispersión de organismos es un proceso crítico para comprender tanto el aislamiento geográfico en evolución a través del flujo de genes como los patrones generales de distribuciones geográficas actuales ( biogeografía ).

A menudo se hace una distinción entre la dispersión natal donde un individuo (a menudo un juvenil) se aleja del lugar donde nació, y la dispersión reproductiva donde un individuo (a menudo un adulto) se aleja de un lugar de reproducción para reproducirse en otro lugar. [1]

Epilobium hirsutum - Cabeza de semilla

En el sentido más amplio, la dispersión se produce cuando los beneficios de la adecuación de la mudanza superan los costos.

Hay una serie de beneficios de la dispersión, como localizar nuevos recursos, escapar de condiciones desfavorables, evitar competir con hermanos y evitar la reproducción con individuos estrechamente relacionados que podrían conducir a la depresión por consanguinidad . [12]

También hay una serie de costos asociados con la dispersión, que pueden pensarse en términos de cuatro monedas principales: energía, riesgo, tiempo y oportunidad. [2] Los costes energéticos incluyen la energía adicional necesaria para moverse, así como la inversión energética en maquinaria de movimiento (por ejemplo, alas). Los riesgos incluyen un aumento de las lesiones y la mortalidad durante la dispersión y la posibilidad de asentarse en un entorno desfavorable. El tiempo dedicado a la dispersión es tiempo que a menudo no se puede dedicar a otras actividades como el crecimiento y la reproducción. Por último, la dispersión también puede conducir a la depresión por exogamia si un individuo se adapta mejor a su entorno natal que en el que termina. En los animales sociales (como muchas aves y mamíferos), un individuo que se dispersa debe encontrar y unirse a un nuevo grupo, que puede conducir a la pérdida de rango social. [2]

"Rango de dispersión" se refiere a la distancia que una especie puede moverse de una población existente o del organismo parental. Un ecosistema depende fundamentalmente de la capacidad de los individuos y poblaciones para dispersar de un hábitat parche a otro. Por tanto, la dispersión biológica es fundamental para la estabilidad de los ecosistemas.

Limitaciones ambientales

Pocas especies se distribuyen de manera uniforme o aleatoria dentro o entre paisajes . En general, las especies varían significativamente a lo largo del paisaje en asociación con características ambientales que influyen en su éxito reproductivo y persistencia de la población. [15] [16] Los patrones espaciales en las características ambientales (por ejemplo, los recursos) permiten a las personas escapar de condiciones desfavorables y buscar nuevas ubicaciones. [17] Esto permite al organismo "probar" nuevos entornos para determinar su idoneidad, siempre que estén dentro del rango geográfico del animal. Además, la capacidad de una especie para dispersarse en un entorno que cambia gradualmente podría permitir que una población sobreviva a condiciones extremas. (es decir, cambio climático ).

A medida que cambia el clima , las presas y los depredadores tienen que adaptarse para sobrevivir. Esto plantea un problema para muchos animales, por ejemplo, los pingüinos saltamontes del sur . [18] Estos pingüinos pueden vivir y prosperar en una variedad de climas debido a la plasticidad fenotípica de los pingüinos. [19] Sin embargo, se predice que responderán por dispersión, no por adaptación esta vez. [19] Esto se explica por su larga vida útil y su lenta microevolución. Los pingüinos en el subantártico tienen un comportamiento de alimentación muy diferente al de las aguas subtropicales, sería muy difícil sobrevivir y mantenerse al día con el clima cambiante porque estos comportamientos tardaron años en configurarse. [18]

Barreras de dispersión

Una barrera de dispersión puede significar que el rango de dispersión de una especie es mucho menor que la distribución de la especie. Un ejemplo artificial es la fragmentación del hábitat debido al uso de la tierra por parte de los humanos. Las barreras naturales a la dispersión que limitan la distribución de especies incluyen cadenas montañosas y ríos. Un ejemplo es la separación de los rangos de las dos especies de chimpancés por el río Congo .

Por otro lado, las actividades humanas también pueden expandir el rango de dispersión de una especie al proporcionar nuevos métodos de dispersión (por ejemplo, barcos ). Muchos de ellos se vuelven invasores , como las ratas y las chinches apestosas , pero algunas especies también tienen un efecto ligeramente positivo en los colonos humanos como las abejas y las lombrices de tierra . [20]

La mayoría de los animales son capaces de moverse y el mecanismo básico de dispersión es el movimiento de un lugar a otro. La locomoción permite al organismo "probar" nuevos entornos para determinar su idoneidad, siempre que estén dentro del rango del animal. Los movimientos suelen estar guiados por comportamientos heredados .

La formación de barreras para la dispersión o el flujo de genes entre áreas adyacentes puede aislar poblaciones a ambos lados de la división emergente. La separación geográfica y el subsiguiente aislamiento genético de porciones de una población ancestral pueden resultar en especiación.

Mecanismos de dispersión de plantas

Las fresas son un ejemplo de un mecanismo de dispersión de semillas que utiliza un vector biótico, en este caso animales con pelo .

La dispersión de semillas es el movimiento o transporte de semillas lejos de la planta madre. Las plantas tienen una movilidad limitada y, en consecuencia, dependen de una variedad de vectores de dispersión para transportar sus propágulos, incluidos los vectores abióticos y bióticos . Las semillas pueden dispersarse lejos de la planta madre individual o colectivamente, así como dispersarse tanto en el espacio como en el tiempo. Los patrones de dispersión de semillas están determinados en gran parte por el mecanismo de dispersión y esto tiene importantes implicaciones para la estructura demográfica y genética de las poblaciones de plantas, así como los patrones de migración y las interacciones de las especies . Hay cinco modos principales de dispersión de semillas: gravedad, viento, balística, agua y animales.

Mecanismos de dispersión animal

Animales inmóviles

Existen numerosas formas animales inmóviles, como esponjas , briozoos , tunicados , anémonas de mar , corales y ostras . En común, todos son marinos o acuáticos. Puede parecer curioso que las plantas hayan tenido tanto éxito en la vida estacionaria en la tierra, mientras que los animales no, pero la respuesta está en el suministro de alimentos. Las plantas producen su propio alimento a partir de la luz solar y el dióxido de carbono, ambos generalmente más abundantes en la tierra que en el agua. Los animales fijos en su lugar deben depender del medio circundante para acercar la comida al menos lo suficiente como para agarrarla, y esto ocurre en el entorno acuático tridimensional, pero con mucha menos abundancia en la atmósfera.

Todos los invertebrados marinos y acuáticos que pasan su vida pegados al fondo (más o menos; las anémonas son capaces de levantarse y trasladarse a una nueva ubicación si las condiciones lo requieren) producen unidades de dispersión. Estos pueden ser "brotes" especializados, o productos móviles de reproducción sexual, o incluso una especie de alteración de generaciones como en ciertos cnidarios .

Los corales son un buen ejemplo de cómo las especies sedentarias logran la dispersión. Los corales se reproducen liberando esperma y óvulos directamente en el agua. Estos eventos de liberación están coordinados por la fase lunar en ciertos meses cálidos, de modo que todos los corales de una o varias especies en un arrecife determinado se liberarán en la misma noche única o varias noches consecutivas. Los huevos liberados se fertilizan y el cigoto resultante se convierte rápidamente en una planula multicelular . Esta etapa móvil intenta luego encontrar un sustrato adecuado para el asentamiento. La mayoría no tienen éxito y mueren o son alimentados por el zooplancton y los depredadores que viven en el fondo, como las anémonas y otros corales. Sin embargo, se producen incontables millones, y unos pocos logran localizar lugares de piedra caliza desnuda, donde se asientan y se transforman por crecimiento en un pólipo . Si todo es favorable, el pólipo se convierte en una cabeza de coral brotando de nuevos pólipos para formar una colonia.

Animales móviles

La mayoría de los animales son móviles . Aunque los animales móviles pueden, en teoría, dispersarse por sus fuerzas locomotoras espontáneas e independientes, muchas especies utilizan las energías cinéticas existentes en el medio ambiente, lo que resulta en un movimiento pasivo. La dispersión por corrientes de agua se asocia especialmente con los habitantes físicamente pequeños de las aguas marinas conocidos como zooplancton . El término plancton proviene del griego , πλαγκτον, que significa "vagabundo" o "vagabundo".

Dispersión por etapas latentes

Muchas especies animales, especialmente los invertebrados de agua dulce, pueden dispersarse por el viento o por transferencia con la ayuda de animales más grandes (aves, mamíferos o peces) como huevos latentes, embriones inactivos o, en algunos casos, estadios adultos inactivos. Los tardígrados , algunos rotíferos y algunos copépodos pueden resistir la desecación como etapas adultas adultas. Muchos otros taxones ( Cladocera , Bryozoa , Hydra , Copepoda , etc.) pueden dispersarse como huevos o embriones inactivos. Las esponjas de agua dulce generalmente tienen propágulos latentes especiales llamados gemmulae para tal dispersión. Muchos tipos de etapas de latencia de dispersión son capaces de resistir no solo la desecación y las bajas y altas temperaturas, sino también la acción de las enzimas digestivas durante su transferencia a través del tracto digestivo de las aves y otros animales, la alta concentración de sales y muchos tipos de tóxicos. Tales etapas resistentes a la latencia hicieron posible la dispersión a larga distancia de un cuerpo de agua a otro y amplios rangos de distribución de muchos animales de agua dulce.

La dispersión se cuantifica más comúnmente en términos de velocidad o distancia.

La tasa de dispersión (también llamada tasa de migración en la literatura genética de poblaciones ) o probabilidad describe la probabilidad de que un individuo abandone un área o, de manera equivalente, la proporción esperada de individuos que abandonen un área.

La distancia de dispersión generalmente se describe mediante un núcleo de dispersión que da la distribución de probabilidad de la distancia recorrida por cualquier individuo. Se utilizan varias funciones diferentes para núcleos de dispersión en modelos teóricos de dispersión, incluida la distribución exponencial negativa , [21] distribución exponencial negativa extendida, [21] distribución normal , [21] distribución de potencia exponencial , [22] distribución de potencia inversa, [ 21] y la distribución de energía de dos lados. [23] Se cree que la distribución de potencia inversa y las distribuciones con 'colas gruesas' que representan eventos de dispersión a larga distancia (llamadas distribuciones leptocúrticas ) se ajustan mejor a los datos empíricos de dispersión. [21] [24]

La dispersión no solo tiene costos y beneficios para el individuo que se dispersa (como se mencionó anteriormente), sino que también tiene consecuencias a nivel de la población y las especies en escalas de tiempo tanto ecológicas como evolutivas. [25]

Muchas poblaciones tienen distribuciones espaciales irregulares donde subpoblaciones separadas pero que interactúan ocupan parches de hábitat discretos (ver metapoblaciones ). Los individuos dispersos se mueven entre diferentes subpoblaciones, lo que aumenta la conectividad general de la metapoblación y puede reducir el riesgo de extinción estocástica . [26] Si una subpoblación se extingue por casualidad, es más probable que se vuelva a colonizar si la tasa de dispersión es alta. [27] Una mayor conectividad también puede disminuir el grado de adaptación local. [28]

  • Aeroplancton
  • Competencia (biología)
  • Perturbación (ecología)
  • Dormancia ('dispersión en el tiempo')
  • Flujo de genes
  • Fragmentación del hábitat
  • visitas a islas
  • Ecología del paisaje
  • Metapoblación
  • Dispersión oceánica
  • Phoresy
  • Modelado de población
  • Distribución de la población
  • Ecología de la población
  • Distribución de especies

  1. ↑ a b Ronce O (2007). "¿Qué se siente al ser como una piedra rodante? Diez preguntas sobre la evolución de la dispersión". Revisión anual de ecología, evolución y sistemática . 38 : 231-253. doi : 10.1146 / annurev.ecolsys.38.091206.095611 .
  2. ^ a b c Bonte D, Van Dyck H, Bullock JM, Coulon A, Delgado M, Gibbs M, Lehouck V, Matthysen E, Mustin K, Saastamoinen M, Schtickzelle N, Stevens VM, Vandewoestijne S, Baguette M, Barton K, Benton TG, Chaput -Bardy A, Clobert J, Dytham C, Hovestadt T, Meier CM, Palmer SC, Turlure C, Travis JM (mayo de 2012). "Costos de dispersión". Reseñas biológicas de la Sociedad Filosófica de Cambridge . 87 (2): 290–312. doi : 10.1111 / j.1469-185X.2011.00201.x . PMID  21929715 . S2CID  30660996 .
  3. ^ Dunning JB, Stewart DJ, Danielson BJ, Noon BR, Root TL, Lamberson RH, Stevens EE (1995). "Modelos de población espacialmente explícitos: formas actuales y usos futuros" (PDF) . Aplicaciones ecológicas . 5 (1): 3–11. doi : 10.2307 / 1942045 . JSTOR  1942045 .
  4. ^ Hanski I, Gilpin ME, eds. (1997). Biología de las metapoblaciones: ecología, genética y evolución . San Diego: Prensa académica. ISBN 978-0-12-323446-9.
  5. ^ Hanski I (1999). Ecología de metapoblaciones . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0-19-854065-6.
  6. ^ Lieberman BS (2005). "Geobiología y paleobiogeografía: seguimiento de la coevolución de la Tierra y su biota". Paleogeografía, Paleoclimatología, Paleoecología . 219 (1–2): 23–33. Código Bibliográfico : 2005PPP ... 219 ... 23L . doi : 10.1016 / j.palaeo.2004.10.012 .
  7. ^ Lieberman BS (2005). "Geobiología y paleobiogeografía: Seguimiento de la coevolución de la Tierra y su biota". Paleogeografía, Paleoclimatología, Paleoecología . 219 (1–2): 23–33. Código Bibliográfico : 2005PPP ... 219 ... 23L . doi : 10.1016 / j.palaeo.2004.10.012 .
  8. ^ Albert JS, Reis RE (2011). Biogeografía histórica de peces neotropicales de agua dulce . Prensa de la Universidad de California. pag. 308. ISBN 978-0-520-26868-5.
  9. ^ Maguire B (1963). "La dispersión pasiva de pequeños organismos acuáticos y su colonización de cuerpos de agua aislados". Monografías ecológicas . 33 (2): 161-185. doi : 10.2307 / 1948560 . JSTOR  1948560 .
  10. ^ Nathan R. (2001). "Los desafíos del estudio de la dispersión" (PDF) . Tendencias en Ecología y Evolución . 16 (9): 481–483. doi : 10.1016 / S0169-5347 (01) 02272-8 . Archivado desde el original (PDF) el 28 de septiembre de 2013.
  11. ^ Johst K, Brandl R (1997). "El efecto de la dispersión en la dinámica de la población local". Modelización ecológica . 104 : 87-101. doi : 10.1016 / S0304-3800 (97) 00112-9 .
  12. ^ a b Bowler DE, Benton TG (mayo de 2005). "Causas y consecuencias de las estrategias de dispersión animal: relacionar el comportamiento individual con la dinámica espacial". Reseñas biológicas de la Sociedad Filosófica de Cambridge . 80 (2): 205–25. doi : 10.1017 / S1464793104006645 . PMID  15921049 . S2CID  39351147 .
  13. ^ Fernández L (2015). "La dinámica fuente-sumidero da forma a la distribución espacial de los protistas del suelo en un árido matorral del norte de Chile". Revista de entornos áridos . 113 : 121-125. Código bibliográfico : 2015JArEn.113..121F . doi : 10.1016 / j.jaridenv.2014.10.007 .
  14. ^ Irwin AJ, Taylor PD (diciembre de 2000). "Evolución de la dispersión en una población de trampolín con generaciones superpuestas". Biología teórica de poblaciones . 58 (4): 321–8. CiteSeerX  10.1.1.37.2823 . doi : 10.1006 / tpbi.2000.1490 . PMID  11162790 .
  15. ^ Novio MJ, Meffe GK, Carroll CR (2005). Principios de la biología de la conservación . Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ISBN 978-0-87893-597-0.
  16. ^ Martín TE (1998). "¿Son las preferencias de microhábitats de las especies coexistentes bajo selección y adaptativas?" (PDF) . Ecología . 79 (2): 656–670. doi : 10.1890 / 0012-9658 (1998) 079 [0656: AMPOCS] 2.0.CO; 2 . Archivado (PDF) desde el original el 31 de diciembre de 2013 . Consultado el 29 de agosto de 2013 .
  17. ^ Turner MG, Gardner RH, O'Neill, Robert V (2001). Ecología del paisaje: en teoría y práctica, patrón y proceso . Nueva York: Springer. ISBN 978-0-387-95123-2.
  18. ^ a b Tremblay Y (11 de abril de 2003). "Variación geográfica en el comportamiento de búsqueda de alimento, la dieta y el crecimiento de los polluelos de los pingüinos saltamontes" (PDF) . Serie del progreso de la ecología marina . 251 : 279-297. Código bibliográfico : 2003MEPS..251..279T . doi : 10.3354 / meps251279 . Archivado (PDF) desde el original el 9 de agosto de 2017.
  19. ^ a b Forcada J, Trathan PN (1 de julio de 2009). "Respuestas de pingüinos al cambio climático en el Océano Austral". Biología del cambio global . 15 (7): 1618–1630. Código Bibliográfico : 2009GCBio..15.1618F . doi : 10.1111 / j.1365-2486.2009.01909.x . ISSN  1365-2486 .
  20. ^ "Jamestown" . Revista de Historia . Archivado desde el original el 19 de abril de 2014 . Consultado el 17 de abril de 2014 .
  21. ^ a b c d e Chapman DS, Dytham C, Oxford GS (enero de 2007). "Modelado de la redistribución de la población en un escarabajo de la hoja: una evaluación de las funciones de dispersión alternativas" . La Revista de Ecología Animal . 76 (1): 36–44. doi : 10.1111 / j.1365-2656.2006.01172.x . PMID  17184351 .
  22. ^ Zhou, Y. y Kot, M. (2011). "Modelos de dispersión de crecimiento en tiempo discreto con rangos de especies cambiantes". Ecología teórica . 4 (1): 13-25. doi : 10.1007 / s12080-010-0071-3 . S2CID  2623698 .
  23. ^ Miller TE, Shaw AK, Inouye BD, Neubert MG (mayo de 2011). "Dispersión sesgada por sexo y la velocidad de las invasiones de dos sexos" (PDF) . El naturalista estadounidense . 177 (5): 549–61. doi : 10.1086 / 659628 . hdl : 1912/4617 . PMID  21508603 . S2CID  9344741 .
  24. ^ Radinger, J. y Wolter, C. (2014). "Patrones y predictores de la dispersión de peces en los ríos". Pesca y Pesca . 15 (3): 456–473. doi : 10.1111 / faf.12028 .
  25. ^ Dieckmann U, O'Hara B, Weisser W (marzo de 1999). "La ecología evolutiva de la dispersión" (PDF) . Tendencias en Ecología y Evolución . 14 (3): 88–90. doi : 10.1016 / S0169-5347 (98) 01571-7 .
  26. ^ Fahrig L, Merriam G (marzo de 1994). "Conservación de Poblaciones Fragmentadas". Biología de la conservación . 8 (1): 50–59. doi : 10.1046 / j.1523-1739.1994.08010050.x . S2CID  53413052 .
  27. ^ Travis JM, Dytham C (abril de 1999). "Persistencia del hábitat, disponibilidad de hábitat y evolución de la dispersión" . Actas de la Royal Society of London. Serie B: Ciencias Biológicas . 266 (1420): 723–8. doi : 10.1098 / rspb.1999.0696 . PMC  1689820 .
  28. ^ Lenormand T (2002). "Flujo de genes y los límites de la selección natural". Tendencias en ecología y evolución . 17 (4): 183–189. doi : 10.1016 / S0169-5347 (02) 02497-7 .

  • Ingold CT (1971). Esporas de hongos: su liberación y dispersión . Oxford: Clarendon Press. págs.  302 . ISBN 978-0-19-854115-8.
  • Lidicker WZ, Caldwell RL (1982). Dispersión y migración . Stroudsburg, Pa .: Hutchinson Ross Pub. Co. p. 311. ISBN 978-0-87933-435-2. (Dispersión de animales)
  • Bullock JM, Kenward RE, Hails RS, eds. (2002). Ecología de dispersión: el 42º simposio de la British Ecological Society . Oxford, Reino Unido: Blackwell Science. pag. 458. ISBN 978-0-632-05876-1. (Animales y plantas)
  • Lieberman BS (2008). "Síntesis emergentes entre paleobiogeografía y teoría macroevolutiva". Actas de la Royal Society of Victoria . 120 : 51–57.
  • Turner MG, Gardner RH, O'Neill RV (2001). Ecología del paisaje: en teoría y práctica, patrón y proceso . Nueva York (NY): Springer Science.
  • Levin SA (1974). "Interacciones de dispersión e población". El naturalista estadounidense . 108 (960): 207. doi : 10.1086 / 282900 . S2CID  83630608 .
  • Clobert J, Danchin E, Dhondt AA, Nichols JD, eds. (2001). Dispersión . Oxford .: Prensa de la Universidad de Oxford.
  • Cousens R, Dytham C, Law R (2008). Dispersión en plantas: una perspectiva poblacional . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford.

  • Imágenes de dispersión de frutos y semillas en bioimages.vanderbilt.edu