Estabilidad ecológica

Se dice que un ecosistema posee estabilidad ecológica (o equilibrio) si es capaz de volver a su estado de equilibrio después de una perturbación (una capacidad conocida como resiliencia) o no experimenta grandes cambios inesperados en sus características a lo largo del tiempo. Aunque los términos estabilidad comunitaria y estabilidad ecológica a veces se usan indistintamente, la estabilidad comunitaria se refiere solo a las características de las comunidades. Es posible que un ecosistema o una comunidad sea estable en algunas de sus propiedades e inestable en otras. Por ejemplo, una comunidad de vegetación en respuesta a una sequía podría conservar biomasa pero perder biodiversidad.

Los sistemas ecológicos estables abundan en la naturaleza y la literatura científica los ha documentado en gran medida. Los estudios científicos describen principalmente comunidades de plantas de pastizales y comunidades microbianas. Sin embargo, es importante mencionar que no todas las comunidades o ecosistemas en la naturaleza son estables (por ejemplo, lobos y alces en Isle Royale). Además, el ruido juega un papel importante en los sistemas biológicos y, en algunos escenarios, puede determinar completamente su dinámica temporal.

El concepto de estabilidad ecológica surgió en la primera mitad del siglo XX. Con el avance de la ecología teórica en la década de 1970, el uso del término se ha expandido a una amplia variedad de escenarios. Este uso excesivo del término ha generado controversia sobre su definición e implementación.

En 1997, Grimm y Wissel hicieron un inventario de 167 definiciones utilizadas en la literatura y encontraron 70 conceptos de estabilidad diferentes. Una de las estrategias que propusieron estos dos autores para aclarar el tema es reemplazar la estabilidad ecológica por términos más específicos, como constancia, resiliencia y persistencia. Para describir completamente y dar sentido a un tipo específico de estabilidad, debe examinarse con más cuidado. De lo contrario, las declaraciones hechas sobre la estabilidad tendrán poca o ninguna confiabilidad porque no tendrán información para respaldar la afirmación.Siguiendo esta estrategia, un ecosistema que oscila cíclicamente alrededor de un punto fijo, como el delineado por las ecuaciones depredador-presa, sería descrito como persistente y resiliente, pero no como constante. Algunos autores, sin embargo, ven una buena razón para la abundancia de definiciones, porque reflejan la gran variedad de sistemas reales y matemáticos.

Análisis de estabilidad

Cuando las abundancias de especies de un sistema ecológico se tratan con un conjunto de ecuaciones diferenciales, es posible probar la estabilidad linealizando el sistema en el punto de equilibrio. Robert May desarrolló este análisis de estabilidad en la década de 1970 que utiliza la matriz jacobiana.

Tipos

Si bien las características de cualquier sistema ecológico son susceptibles de cambios, durante un período de tiempo definido, algunas se mantienen constantes, oscilan, alcanzan un punto fijo o presentan otro tipo de comportamiento que puede calificarse de estable. Esta multitud de tendencias puede ser etiquetada por diferentes tipos de estabilidad ecológica.

Estabilidad dinámica

La estabilidad dinámica se refiere a la estabilidad a lo largo del tiempo.

Puntos estacionarios, estables, transitorios y cíclicos

Un punto estable es tal que una pequeña perturbación del sistema disminuirá y el sistema volverá al punto original. Por otro lado, si se magnifica una pequeña perturbación, el punto estacionario se considera inestable.

Estabilidad local y global

La estabilidad local indica que un sistema es estable ante pequeñas perturbaciones de corta duración, mientras que la estabilidad global indica un sistema altamente resistente al cambio en la composición de especies y/o la dinámica de la red alimentaria.

Constancia

Los estudios de observación de los ecosistemas utilizan la constancia para describir los sistemas vivos que pueden permanecer sin cambios.

Resistencia e inercia (persistencia)

La resistencia y la inercia se ocupan de la respuesta inherente de un sistema a alguna perturbación.

Una perturbación es cualquier cambio en las condiciones impuesto desde el exterior, que suele ocurrir en un breve período de tiempo. La resistencia es una medida de cuán poco cambia la variable de interés en respuesta a presiones externas. La inercia (o persistencia) implica que el sistema vivo es capaz de resistir las fluctuaciones externas. En el contexto de los ecosistemas cambiantes en la América del Norte posglacial, EC Pielou comentó al comienzo de su descripción general:

"Obviamente, se necesita un tiempo considerable para que la vegetación madura se establezca en las rocas erosionadas por el hielo recién expuestas o en los glaciares... También se necesita un tiempo considerable para que cambien los ecosistemas completos, con sus numerosas especies de plantas interdependientes, los hábitats que crean y los animales. que viven en los hábitats. Por lo tanto, las fluctuaciones causadas por el clima en las comunidades ecológicas son una versión amortiguada y suavizada de las fluctuaciones climáticas que las causan".

Resiliencia, elasticidad y amplitud

La resiliencia es la tendencia de un sistema a conservar su estructura funcional y organizativa y la capacidad de recuperarse después de una perturbación o perturbación. La resiliencia también expresa la necesidad de persistencia, aunque desde un enfoque de gestión se expresa tener una amplia gama de opciones y los eventos deben considerarse distribuidos uniformemente. La elasticidad y la amplitud son medidas de resiliencia. La elasticidad es la velocidad con la que un sistema vuelve a su estado original/anterior. La amplitud es una medida de cuánto se puede mover un sistema desde el estado anterior y aún así regresar. La ecología toma prestada la idea de estabilidad de vecindad y un dominio de atracción de la teoría de sistemas dinámicos.

Estabilidad de Lyapunov

Los investigadores que aplican modelos matemáticos de la dinámica de sistemas suelen utilizar la estabilidad de Lyapunov.

Estabilidad numérica

Centrándonos en los componentes bióticos de un ecosistema, una población o una comunidad posee estabilidad numérica si el número de individuos es constante o resiliente.

Señal de estabilidad

Es posible determinar si un sistema es estable simplemente observando los signos en la matriz de interacción.

Estabilidad y diversidad

La relación entre diversidad y estabilidad ha sido ampliamente estudiada. La diversidad puede operar para mejorar la estabilidad de las funciones del ecosistema en varias escalas ecológicas. Por ejemplo, la diversidad genética puede mejorar la resistencia a las perturbaciones ambientales. A nivel comunitario, la estructura de las redes alimentarias puede afectar la estabilidad. El efecto de la diversidad sobre la estabilidad en los modelos de redes alimentarias puede ser positivo o negativo, según la coherencia trófica de la red. A nivel de paisajes, se ha demostrado que la heterogeneidad ambiental entre ubicaciones aumenta la estabilidad de las funciones de los ecosistemas

Historia del concepto

El término 'oekología' fue acuñado por Ernst Haeckel en 1866. La ecología como ciencia se desarrolló aún más a finales del siglo XIX y principios del XX, y se prestó mayor atención a la conexión entre diversidad y estabilidad. Frederic Clements y Henry Gleason aportaron conocimientos sobre la estructura de la comunidad; entre otras cosas, estos dos científicos introdujeron las ideas opuestas de que una comunidad puede alcanzar un clímax estable o que es en gran medida coincidente y variable. Charles Elton argumentó en 1958 que las comunidades complejas y diversas tendían a ser más estables. Robert MacArthur propuso una descripción matemática de la estabilidad en el número de individuos en una red alimentaria en 1955.Después de muchos avances en los estudios experimentales en los años 60, Robert May avanzó en el campo de la ecología teórica y refutó la idea de que la diversidad engendra estabilidad. Muchas definiciones de estabilidad ecológica han surgido en las últimas décadas, mientras que el concepto sigue ganando atención.