Patrones de distribución biológico

La distribución de especies, o patrón de distribución biológico, es la forma en que se organiza espacialmente un taxón biológico. Los límites geográficos de la distribución de un taxón en particular es su rango, a menudo representado como áreas sombreadas en un mapa. Los patrones de distribución cambian según la escala a la que se miren, desde la disposición de los individuos dentro de una pequeña unidad familiar hasta los patrones dentro de una población o la distribución de toda la especie como un todo (rango). La distribución de especies no debe confundirse con la dispersión, que es el movimiento de individuos que se alejan de su región de origen o de un centro de población de alta densidad.

Rango

En biología, el rango de una especie es el área geográfica dentro de la cual se puede encontrar esa especie. Dentro de ese rango, la distribución es la estructura general de la población de la especie, mientras que la dispersión es la variación en su densidad de población.

El rango a menudo se describe con las siguientes cualidades:

• A veces se hace una distinción entre el área de distribución natural, endémica, autóctona o autóctona de una especie, donde históricamente se originó y vivió, y el área de distribución donde una especie se ha establecido más recientemente. Se utilizan muchos términos para describir el nuevo rango, como rango no nativo, naturalizado, introducido, trasplantado, invasivo o colonizado. Introducido generalmente significa que una especie ha sido transportada por humanos (intencional o accidentalmente) a través de una barrera geográfica importante.
• Para las especies que se encuentran en diferentes regiones en diferentes épocas del año, especialmente en las estaciones, a menudo se emplean términos como rango de verano y rango de invierno.
• Para las especies para las que solo una parte de su área de distribución se utiliza para actividades de reproducción, se utilizan los términos área de reproducción y área de no reproducción.
• Para los animales móviles, el término rango natural se usa a menudo, a diferencia de las áreas donde ocurre como vagabundo.
• A menudo se agregan calificadores geográficos o temporales, como en rango británico o rango anterior a 1950. Los rangos geográficos típicos podrían ser el rango latitudinal y el rango altitudinal.

La distribución disjunta ocurre cuando dos o más áreas del rango de un taxón están considerablemente separadas entre sí geográficamente.

Factores que afectan la distribución de especies

Los patrones de distribución pueden cambiar por temporada, distribución por humanos, en respuesta a la disponibilidad de recursos y otros factores abióticos y bióticos.

Abiótico

Hay tres tipos principales de factores abióticos:

1. los factores climáticos consisten en luz solar, atmósfera, humedad, temperatura y salinidad;
2. los factores edáficos son factores abióticos relacionados con el suelo, como la aspereza del suelo, la geología local, el pH del suelo y la aireación; y
3. los factores sociales incluyen el uso de la tierra y la disponibilidad de agua.

Un ejemplo de los efectos de los factores abióticos en la distribución de especies se puede ver en áreas más secas, donde la mayoría de los individuos de una especie se reunirán alrededor de las fuentes de agua, formando una distribución agrupada.

Investigadores del proyecto Arctic Ocean Diversity (ARCOD) han documentado un número creciente de crustáceos de aguas cálidas en los mares que rodean las Islas Svalbard de Noruega. Arcod es parte del Censo de Vida Marina, un gran proyecto de 10 años que involucra a investigadores en más de 80 países que tiene como objetivo trazar la diversidad, distribución y abundancia de vida en los océanos. La vida marina se ha visto afectada en gran medida por los crecientes efectos del cambio climático global. Este estudio muestra que a medida que aumenta la temperatura del océano, las especies comienzan a viajar a las frías y duras aguas del Ártico. Incluso el cangrejo de las nieves ha extendido su área de distribución 500 km al norte.

Biótico

Los factores bióticos, como la depredación, las enfermedades y la competencia interespecífica e intraespecífica por recursos como alimentos, agua y parejas, también pueden afectar la distribución de una especie. Por ejemplo, los factores bióticos en el entorno de una codorniz incluirían sus presas (insectos y semillas), la competencia de otras codornices y sus depredadores, como el coyote. Una ventaja de una manada, comunidad u otra distribución agrupada permite que una población detecte a los depredadores antes, a una distancia mayor y, potencialmente, monte una defensa eficaz. Debido a los recursos limitados, las poblaciones pueden distribuirse uniformemente para minimizar la competencia, como ocurre en los bosques, donde la competencia por la luz solar produce una distribución uniforme de los árboles.

Los seres humanos son uno de los mayores distribuidores debido a las tendencias actuales de globalización y la expansión de la industria del transporte. Por ejemplo, los grandes petroleros suelen llenar su lastre con agua en un puerto y vaciarlo en otro, lo que provoca una mayor distribución de las especies acuáticas.

Patrones a gran escala

A gran escala, el patrón de distribución entre los individuos de una población es agrupado.

Corredores de aves silvestres

Un ejemplo común de rangos de especies de aves son las áreas de masas de tierra que bordean cuerpos de agua, como océanos, ríos o lagos; se les llama franja costera. Un segundo ejemplo, algunas especies de aves dependen del agua, generalmente un río, un pantano, etc., o un bosque relacionado con el agua y viven en un corredor fluvial. Un ejemplo separado de un corredor fluvial sería un corredor fluvial que incluye todo el drenaje, con el borde de la cordillera delimitado por montañas o elevaciones más altas; el río en sí sería un porcentaje menor de todo este corredor de vida silvestre, pero el corredor se crea debido al río.

Otro ejemplo de un corredor de vida silvestre de aves sería un corredor de cadena montañosa. En los EE. UU. de América del Norte, la cordillera de Sierra Nevada en el oeste y las Montañas Apalaches en el este son dos ejemplos de este hábitat, utilizado en verano e invierno por especies separadas, por diferentes razones.

Las especies de aves en estos corredores están conectadas a un área de distribución principal para la especie (área de distribución contigua) o están en un área de distribución geográfica aislada y son una distribución separada. Las aves que abandonan el área, si migran, lo harían conectadas al rango principal o tendrían que volar sobre terrenos no conectados con el corredor de vida silvestre; por lo tanto, serían migrantes de paso por tierra en los que se detienen para una visita intermitente, aleatoria.

Patrones en escalas pequeñas

A gran escala, el patrón de distribución entre los individuos de una población es agrupado. En escalas pequeñas, el patrón puede ser agrupado, regular o aleatorio.

Agrupado

La distribución agrupada, también llamada distribución agregada, dispersión agrupada o fragmentación, es el tipo más común de dispersión que se encuentra en la naturaleza. En la distribución agrupada, la distancia entre individuos vecinos se minimiza. Este tipo de distribución se encuentra en entornos que se caracterizan por recursos irregulares. Los animales necesitan ciertos recursos para sobrevivir, y cuando estos recursos se vuelven escasos durante ciertas épocas del año, los animales tienden a "agruparse" alrededor de estos recursos cruciales. Los individuos pueden estar agrupados en un área debido a factores sociales como rebaños egoístas y grupos familiares. Los organismos que normalmente sirven como presa forman distribuciones agrupadas en áreas donde pueden esconderse y detectar fácilmente a los depredadores.

Otras causas de distribuciones agrupadas son la incapacidad de la descendencia para moverse de forma independiente fuera de su hábitat. Esto se ve en animales jóvenes que están inmóviles y dependen en gran medida del cuidado de los padres. Por ejemplo, el nido de aguiluchos del águila calva exhibe una distribución de especies agrupada porque todas las crías se encuentran en un pequeño subconjunto de un área de estudio antes de que aprendan a volar. La distribución agrupada puede ser beneficiosa para los individuos de ese grupo. Sin embargo, en algunos casos de herbívoros, como las vacas y los ñus, la vegetación que los rodea puede sufrir, especialmente si los animales se dirigen a una planta en particular.

La distribución agrupada en especies actúa como un mecanismo contra la depredación, así como un mecanismo eficiente para atrapar o acorralar a las presas. Los perros salvajes africanos, Lycaon pictus, utilizan la técnica de la caza comunal para aumentar su tasa de éxito en la captura de presas. Los estudios han demostrado que las manadas más grandes de perros salvajes africanos tienden a tener una mayor cantidad de muertes exitosas. Un excelente ejemplo de distribución agrupada debido a recursos irregulares es la vida silvestre en África durante la estación seca; leones, hienas, jirafas, elefantes, gacelas y muchos más animales se agrupan junto a pequeñas fuentes de agua que están presentes en la severa estación seca.También se ha observado que es más probable que las especies extintas y amenazadas se agrupen en su distribución en una filogenia. El razonamiento detrás de esto es que comparten rasgos que aumentan la vulnerabilidad a la extinción porque los taxones relacionados a menudo se encuentran dentro de los mismos tipos geográficos o de hábitat amplios donde se concentran las amenazas inducidas por el hombre. Usando filogenias completas desarrolladas recientemente para mamíferos carnívoros y primates, se ha demostrado que la mayoría de las especies amenazadas están lejos de estar distribuidas aleatoriamente entre taxones y clados filogenéticos y muestran una distribución agrupada.

Una distribución contigua es aquella en la que los individuos están más juntos de lo que estarían si estuvieran distribuidos al azar o uniformemente, es decir, es una distribución agrupada con un solo grupo.

Regular o uniforme

Menos común que la distribución agrupada, la distribución uniforme, también conocida como distribución uniforme, está espaciada uniformemente. Las distribuciones uniformes se encuentran en poblaciones en las que se maximiza la distancia entre individuos vecinos. La necesidad de maximizar el espacio entre los individuos generalmente surge de la competencia por un recurso como la humedad o los nutrientes, o como resultado de interacciones sociales directas entre los individuos dentro de la población, como la territorialidad. Por ejemplo, los pingüinos a menudo exhiben espacios uniformes al defender agresivamente su territorio entre sus vecinos. Las madrigueras de los grandes jerbos, por ejemplo, también se distribuyen regularmente, lo que se puede ver en las imágenes de satélite.Las plantas también exhiben distribuciones uniformes, como los arbustos de creosota en la región suroeste de los Estados Unidos. Salvia leucophylla es una especie en California que crece naturalmente en espacios uniformes. Esta flor libera sustancias químicas llamadas terpenos que inhiben el crecimiento de otras plantas a su alrededor y da como resultado una distribución uniforme. Este es un ejemplo de alelopatía, que es la liberación de sustancias químicas de partes de plantas por lixiviación, exudación de raíces, volatilización, descomposición de residuos y otros procesos. La alelopatía puede tener efectos beneficiosos, dañinos o neutrales en los organismos circundantes. Algunos aleloquímicos incluso tienen efectos selectivos en los organismos circundantes; por ejemplo, la especie arbórea Leucaena leucocephalaexuda una sustancia química que inhibe el crecimiento de otras plantas pero no de las de su propia especie y, por lo tanto, puede afectar la distribución de especies rivales específicas. La alelopatía generalmente da como resultado distribuciones uniformes, y se está investigando su potencial para suprimir las malezas. La ganadería y las prácticas agrícolas a menudo crean una distribución uniforme en áreas donde antes no existía, por ejemplo, naranjos que crecen en hileras en una plantación.

Aleatorio

La distribución aleatoria, también conocida como espaciamiento impredecible, es la forma de distribución menos común en la naturaleza y ocurre cuando los miembros de una determinada especie se encuentran en ambientes en los que la posición de cada individuo es independiente de los demás individuos: ni se atraen ni se repelen. unos y otros. La distribución aleatoria es rara en la naturaleza ya que los factores bióticos, como las interacciones con los individuos vecinos, y los factores abióticos, como el clima o las condiciones del suelo, generalmente hacen que los organismos se agrupen o se propaguen. La distribución aleatoria generalmente ocurre en hábitats donde las condiciones ambientales y los recursos son consistentes. Este patrón de dispersión se caracteriza por la falta de fuertes interacciones sociales entre especies. Por ejemplo; Cuando las semillas de diente de león son dispersadas por el viento, la distribución aleatoria a menudo ocurrirá cuando las plántulas caigan en lugares aleatorios determinados por factores incontrolables. Las larvas de ostra también pueden viajar cientos de kilómetros impulsadas por las corrientes marinas, lo que puede resultar en su distribución aleatoria. Las distribuciones aleatorias exhiben agrupaciones aleatorias (ver agrupación de Poisson).

Determinación estadística de patrones de distribución

Hay varias formas de determinar el patrón de distribución de las especies. El método del vecino más cercano de Clark-Evans se puede utilizar para determinar si una distribución es agrupada, uniforme o aleatoria. Para utilizar el método del vecino más cercano de Clark-Evans, los investigadores examinan una población de una sola especie. La distancia de un individuo a su vecino más cercano se registra para cada individuo de la muestra. Para dos individuos que son vecinos más cercanos entre sí, la distancia se registra dos veces, una para cada individuo. Para recibir resultados precisos, se sugiere que el número de mediciones de distancia sea de al menos 50. La distancia promedio entre los vecinos más cercanos se compara con la distancia esperada en el caso de una distribución aleatoria para obtener la relación:

Si esta relación R es igual a 1, entonces la población se dispersa aleatoriamente. Si R es significativamente mayor que 1, la población está uniformemente dispersa. Por último, si R es significativamente menor que 1, la población se agrupa. Luego se pueden usar pruebas estadísticas (como la prueba t, chi cuadrado, etc.) para determinar si R es significativamente diferente de 1.

El método de varianza/proporción media se enfoca principalmente en determinar si una especie se ajusta a una distribución espaciada aleatoriamente, pero también puede usarse como evidencia de una distribución uniforme o agrupada.Para utilizar el método de razón Varianza/Media, los datos se recopilan de varias muestras aleatorias de una población determinada. En este análisis, es imperativo que se consideren los datos de al menos 50 parcelas de muestra. El número de individuos presentes en cada muestra se compara con los recuentos esperados en el caso de una distribución aleatoria. La distribución esperada se puede encontrar utilizando la distribución de Poisson. Si la razón varianza/media es igual a 1, se encuentra que la población está distribuida aleatoriamente. Si es significativamente mayor que 1, se encuentra que la población tiene una distribución agrupada. Finalmente, si la relación es significativamente menor que 1, se encuentra que la población está distribuida uniformemente. Las pruebas estadísticas típicas utilizadas para encontrar la significancia de la relación varianza/media incluyen la prueba t de Student y la chi cuadrada.

Sin embargo, muchos investigadores creen que los modelos de distribución de especies basados ​​en análisis estadísticos, sin incluir teorías y modelos ecológicos, son demasiado incompletos para la predicción. En lugar de conclusiones basadas en datos de presencia-ausencia, se prefieren las probabilidades que transmiten la probabilidad de que una especie ocupe un área determinada porque estos modelos incluyen una estimación de la confianza en la probabilidad de que la especie esté presente/ausente. También son más valiosos que los datos recopilados basados ​​en la simple presencia o ausencia porque los modelos basados ​​en la probabilidad permiten la formación de mapas espaciales que indican la probabilidad de encontrar una especie en un área en particular. Luego se pueden comparar áreas similares para ver qué tan probable es que una especie también se encuentre allí; esto conduce a una relación entre la idoneidad del hábitat y la presencia de especies.

Modelos de distribución de especies

La distribución de especies se puede predecir en función del patrón de biodiversidad a escala espacial. Un modelo jerárquico general puede integrar la perturbación, la dispersión y la dinámica de la población. Con base en factores de dispersión, perturbación, recursos que limitan el clima y distribución de otras especies, las predicciones de distribución de especies pueden crear un rango bioclimático o una envoltura bioclimática. La envolvente puede variar desde una escala local a una global o desde una densidad independiente a una dependencia. El modelo jerárquico toma en consideración los requerimientos, impactos o recursos así como extinciones locales en factores de perturbación. Los modelos pueden integrar el modelo de dispersión/migración, el modelo de perturbación y el modelo de abundancia. Los modelos de distribución de especies (SDM) se pueden utilizar para evaluar los impactos del cambio climático y los problemas de gestión de la conservación. Los modelos de distribución de especies incluyen: modelos de presencia/ausencia, modelos de dispersión/migración, modelos de perturbación y modelos de abundancia. Una forma frecuente de crear mapas de distribución predichos para diferentes especies es reclasificar una capa de cobertura terrestre dependiendo de si se pronostica que la especie en cuestión habitará cada tipo de cobertura o no. Este SDM simple a menudo se modifica mediante el uso de datos de alcance o información auxiliar, como la elevación o la distancia en el agua.

Estudios recientes han indicado que el tamaño de cuadrícula utilizado puede tener un efecto en el resultado de estos modelos de distribución de especies. El tamaño de cuadrícula estándar de 50x50 km puede seleccionar hasta 2,89 veces más área que cuando se modela con una cuadrícula de 1x1 km para la misma especie. Esto tiene varios efectos en la planificación de la conservación de especies bajo las predicciones del cambio climático (los modelos climáticos globales, que se utilizan con frecuencia en la creación de modelos de distribución de especies, generalmente consisten en cuadrículas de 50 a 100 km de tamaño), lo que podría conducir a una predicción excesiva de rangos futuros. en el modelado de distribución de especies. Esto puede resultar en la identificación errónea de áreas protegidas destinadas a un futuro hábitat de especies.

Proyecto de Redes de Distribución de Especies

El Proyecto de cuadrículas de distribución de especies es un esfuerzo liderado por la Universidad de Columbia para crear mapas y bases de datos del paradero de varias especies animales. Este trabajo se centra en prevenir la deforestación y priorizar áreas en función de la riqueza de especies. A partir de abril de 2009, los datos están disponibles para las distribuciones globales de anfibios, así como de aves y mamíferos en las Américas. La galería de mapas Gridded Species Distribution contiene mapas de muestra para el conjunto de datos de Species Grids. Estos mapas no son inclusivos sino que contienen una muestra representativa de los tipos de datos disponibles para descargar:

• Mapa de riqueza de especies (anfibios)
• Mapa de riqueza de especies (aves)
• Mapa de riqueza de especies (mamíferos)