Stochastic models and the temporal dynamics of ecological communities
- Autores: Vicente Luis Jiménez Ontiveros
- Directores de la Tesis: David Alonso Giménez (dir. tes.), Emilio Ortega Casamayor (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Girona ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Joaquín Hortal Muñoz (presid.), Marta Goberna Estellés (secret.), Maria Dornelas (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología del Agua por la Universidad de Girona
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
La publicación de La Teoría de Biogeografía de Islas por MacArthur y Wilson (1967) marca un cambio en ecología, de una ciencia descriptiva a una ciencia más analítica que trata de encontrar los principios y leyes subyacentes. Su idea principal es que la riqueza de especies en una isla muestra un equilibrio dinámico entre la colonización de las especies desde el continente y la extinción de las especies en la isla. La colonización depende de la distancia al continente y la extinción del área de la isla. La Teoría de Biogeografía de Islas fue extremadamente exitosa como programa de investigación y rápidamente extendió su dominio de aplicación a diversos tipos de comunidades ecológicas, generando ideas y paradigmas que inspiran la ecología actual. Sin embargo, los aspectos temporales de la teoría permanecieron en gran parte inexplorados. El reconocimiento del carácter intrínsecamente estocástico de los procesos de la teoría, la colonización y la extinción, ha permitido recientemente enfoques teóricos para estimar dichos procesos a partir de estudios temporales de presencia-ausencia, bajo los supuestos de equivalencia e independencia entre especies. Profundizando en dichos avances, esta tesis trata de desarrollar una aproximación cuantitativa para entender y predecir la distribución en el tiempo y el espacio de la biodiversidad. Se presenta el paquete de R ’island’ que: i) estima tasas de colonización y extinción en una variedad de muestreos temporales, ii) estima la influencia del ambiente sobre estos procesos, y iii) simula la dinámica de los modelos asociados. El paquete de R se puede aplicar a cualquier tipo de comunidad, aunque en esta tesis se aplica preferentemente a las comunidades microbianas. Superando las dificultades inherentes de este tipo de comunidades, se han generado nuevas percepciones de mayor alcance en ecología de comunidades. En particular, este trabajo examina la dinámica temporal de las comunidades ecológicas, el concepto de nicho en las comunidades microbianas y la influencia de la selección y el filtro ambiental en el ensamblaje de las comunidades microbianas. Se ha encontrado que la dinámica temporal de una comunidad se rige por un tiempo característico, que indica la escala temporal de cambio en biodiversidad, lo cual puede ayudar a diseñar adecuadamente estudios longitudinales. Además, se proporcionan expresiones analíticas para la evolución en el tiempo del cambio composicional. Con respecto al concepto de nicho, este trabajo determina la utilidad del enfoque estocástico para estudiar comunidades microbianas, ya que obtiene parámetros coherentes con el conocimiento previo. En este sentido, se muestra que varias comunidades microbianas naturales muestran un compromiso (trade-off ) entre colonización y persistencia, en gran parte dominado por especies raras. Además, confirmamos que la importancia del filtro ambiental para las comunidades bacterianas aerotransportados es mayor que para sus análogos eucariotas, más influenciados por el origen de la comunidad. Gracias a la estimación de nichos microbianos en comunidades aerotrasportadas, hemos pronosticado, para 2081 – 2100, la disminución general de la riqueza bacteriana, respuestas idiosincráticas para el componente eucariótico, cambios en la estacionalidad y disminuciones en la riqueza de patógenos putativos eucarióticos. Finalmente, hemos ideado un procedimiento de cuatro pasos para distinguir entre comunidades organísmicas, en su mayoría estructuradas por interacciones bióticas, y comunidades individualistas, donde predomina la adaptación a las condiciones ambientales locales. Este enfoque se probó con una serie temporal de fitoplancton en el lago Zürich, Suiza, y se descubrió que ambos tipos de comunidades se pueden identificar durante el proceso de reoligotrofización del lago. El valor de la versión estocástica de la teoría de la biogeografía de islas refuerza su uso como un modelo efectivo que promedia los efectos de dispersión, selección y deriva, lo que facilita el manejo de dinámicas temporales complejas. Esta tesis también enfatiza la importancia de los estudios a largo plazo para obtener nuevos conocimientos sobre ecología de comunidades y nos deja un paso más cerca para comprender la distribución de las especies en el espacio y el tiempo.
