Name: why biodiversity matters in ecosystems
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
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North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth's Systems

ESS.EES.4.5

Measuring Biodiversity

biodiversidad. La palabra evoca el esplendor de un gran bosque, o la riqueza rebosante del océano, y se define simplemente como la variedad de organismos en un ecosistema de interés. Para proteger la biodiversidad, los científicos deben ser capaces de medirla. Esto significa averiguar cuántas especies diferentes viven juntas en un espacio en particular. ¿Cuál es una forma conveniente de contar especies? 

Tratar de contar todo en un ecosistema completo sería imposible, por lo que los científicos utilizan una herramienta llamada cuadrante, que es un marco de tamaño fijo colocado al azar en el entorno en el que se hace el conteo. Después de catalogar las especies e individuos encontrados en esta pequeña sección, el proceso se repite, colocando más cuadrantes al azar, o alternativamente, en posiciones establecidas a lo largo de una línea a través del entorno, conocida como transecto.

Para estimar el número total de especies en un área, se utilizan curvas de acumulación de especies. Si el número acumulado de especies encontradas en un cuadrante se traza con el número de cuadrantes muestreados, surgirá una curva. Por ejemplo, en este conjunto de datos, cuando se investigaron cuatro cuadrantes, se encontró que había 10 especies únicas. Seis contenían 17 y así sucesivamente. La asíntota de este tipo de curva representa una estimación del número de especies sustentadas por un ambiente. En este caso, son unos 30. Pero si bien medir la diversidad en un solo sitio es increíblemente útil, la comparación de sitios en un área mayor puede darnos una indicación de la diversidad a una escala aún mayor. 

En 1972, el ecólogo Robert Whittaker describió tres tipos principales de biodiversidad: alfa, beta y gamma. La diversidad alfa se refiere simplemente al número de especies en un área y a menudo se denomina riqueza de especies. Por ejemplo, en este sitio hay siete especies diferentes, por lo que la puntuación alfa es siete. Un segundo sitio, el sitio B, tiene cinco especies, y un tercero, el sitio C, tiene siete. Pero al comparar entre sitios, podemos determinar lo que se llama la diversidad beta, la suma de especies únicas en cada área. Entonces, si comparamos el sitio A con el sitio B, vemos tres especies en común entre los dos. Contando las especies restantes, encontramos que hay seis. Esto significa que hay una diversidad beta entre el sitio A y el sitio B de seis. Los sitios A y C también tienen tres especies en común, quedando ocho únicas. Se trata de una diversidad beta de ocho. Los sitios B y C tienen dos especies comunes entre sí, o un valor de diversidad beta de ocho. Finalmente, la diversidad gamma es el número de especies diferentes en todos los sitios combinados. En este ejemplo, hay una diversidad gamma de 12. Entonces, para resumir los tres tipos de biodiversidad, podemos verlos de esta manera, alfa, beta y gamma. Además de registrar la diversidad, los científicos a menudo se refieren a la uniformidad de las especies, es decir, cuántos individuos de cada tipo están presentes. Por ejemplo, estos dos sitios tienen la misma riqueza, o diversidad alfa, ya que ambos tienen siete especies. Pero el sitio A está relativamente invadido por conejos con un bajo número de las otras especies, mientras que el sitio B tiene una distribución bastante uniforme de especies, por lo que se considera que tiene una mayor uniformidad en comparación con el sitio A. Los científicos generalmente consideran que los ecosistemas con mayor riqueza y uniformidad, es decir, muchas especies distribuidas uniformemente, son los más saludables. Los hábitats perturbados, a menudo debido a las acciones de los humanos, como la agricultura o la contaminación, a menudo tienen poca riqueza y uniformidad. Ser capaz de comparar sitios es fundamental porque permite a los investigadores determinar la salud relativa de los ecosistemas. 
En este laboratorio, llevará a cabo muestreos de cuadrantes y transectos en tres sitios ambientales diferentes, además de realizar una simulación de laboratorio, y luego analizará los datos recopilados para describir la biodiversidad observada.

medición de la biodiversidad

Los ecosistemas diversos son importantes para la salud del planeta y nuestra supervivencia como seres humanos, por lo que es increíblemente importante para nosotros comprender y medir la biodiversidad, que se define como la variabilidad entre los organismos vivos de un ecosistema. La biodiversidad se puede medir en muchos niveles diferentes, incluidos el genético, las especies, la comunidad y el ecosistema. Una forma de medir la biodiversidad es evaluar la riqueza de especies de un ecosistema, que es el número total de especies distintas dentro de una comunidad local. Si bien tener muchas especies generalmente coincide con tener un ecosistema diverso y saludable, también se debe considerar la uniformidad. La uniformidad se refiere a la igualdad de la proporción de cada especie dentro de un área o comunidad. Por ejemplo, cuando una especie domina el área mientras que las otras son muy raras, la biodiversidad en esta área es menor que en un área con especies de igual abundancia. Por lo tanto, las áreas con muchas especies que son relativamente iguales en abundancia tienen los valores más altos de biodiversidad.

<h4>Estimación de la biodiversidad</h4>

Las diferencias en riqueza y uniformidad entre dos comunidades se pueden visualizar mediante curvas de rango-abundancia. Si el número de especies es igual, la forma de la línea puede decirnos qué comunidad es más diversa. Si la línea es plana, hay una alta uniformidad entre las especies. Sin embargo, si la línea desciende rápidamente, la uniformidad es baja. Si la riqueza y la uniformidad son diferentes entre dos comunidades, los biólogos deben usar ecuaciones para calcular la diversidad. Estas ecuaciones ponderan la importancia de cada componente de manera diferente, y aún se debate un consenso sobre qué ecuación es la mejor para calcular la diversidad.

A veces hay demasiadas especies en un área que no es realista contar cada una de ellas. Por ejemplo, un solo árbol en la selva amazónica puede contener cientos de especies de escarabajos. Para eludir este problema, los ecologistas utilizan herramientas de muestreo llamadas cuadrantes. Un cuadrante es simplemente un marco con un área interna conocida. Por ejemplo, para medir la riqueza de especies de un campo de hierba de un acre, los ecólogos colocan aleatoriamente el cuadrante en el campo y cuentan las especies dentro del cuadrante, en lugar de contar todas las especies dentro del acre. También pueden tomar muestras sistemáticamente mediante el uso de cintas de transecto. Los transectos se extienden a lo largo del campo y los cuadrantes se colocan a lo largo del transecto a intervalos regulares. Este método es semialeatorio y garantiza una amplia cobertura de muestreo en todo el campo para estimar su biodiversidad.

Si bien los cuadrantes y transectos pueden recoger la mayoría de las especies, algunas especies raras pueden pasar desapercibidas. En este caso, los ecólogos pueden utilizar una curva de acumulación de especies, que representa el número acumulado de especies observadas en una serie de cuadrantes. El eje y de la curva representa el número total de especies observadas, mientras que el eje x representa el número de cuadrantes para los que se han enumerado las especies. El número total de especies en el primer cuadrante representa el primer punto del gráfico. Cada punto sucesivo representa el número de nuevas especies encontradas en cada nuevo cuadrante muestreado, más todas las especies de los cuadrantes anteriores. En algún momento, se encontrarán pocas o ninguna especie adicional en cada nuevo cuadrante muestreado, y la curva se acercará a una asíntota, que es una estimación del número total de especies presentes. Incluso si la asíntota nunca se alcanza debido a muchas especies raras, los biólogos pueden estimar el número total basándose en esta curva.

Si es necesario realizar comparaciones entre diferentes áreas o escalas, se utilizan medidas de diversidad alfa, beta y gamma. La diversidad alfa (α) se refiere al número de especies en un área. La betadiversidad (β) compara dos áreas diferentes y es la suma de especies únicas en cada área. La diversidad gamma (γ) es el número de especies en muchas áreas combinadas en una región. Mediante el uso de estas medidas, los biólogos pueden tener una idea de la diversidad en el espacio, incluyendo tanto a pequeña como a gran escala.

<h4>Amenazas a la biodiversidad y sus implicaciones</h4>

La biodiversidad de todo el mundo está amenazada por la contaminación, el cambio climático y las especies invasoras. Una de las principales razones subyacentes de los esfuerzos por mantener la biodiversidad se basa en el funcionamiento de los ecosistemas. Los ecosistemas se componen de muchas partes funcionales, incluidos los productores primarios, los herbívoros, los carnívoros y los detritívoros, todos los cuales contribuyen a la función del ecosistema. Si las especies se pierden, el ecosistema puede colapsar. Y si el ecosistema colapsa, los servicios que proporciona a los humanos también lo harán. Los arrecifes de coral tropicales son un buen ejemplo de este concepto1. Los aumentos en la temperatura del agua hacen que los corales pierdan sus células de algas simbióticas. Sin las algas, los corales comienzan a morir de hambre, luego se degradan y pierden su estructura. Cuando los corales se descomponen, ya no proporcionan cobertura para los peces y la abundancia de especies de peces disminuye, lo que a su vez afecta a los pescadores locales y a las personas que dependen de los peces para su sustento. Con el tiempo, los arrecifes de coral muertos se degradan a mayor escala y ya no proporcionan un amortiguador para las costas adyacentes, lo que finalmente erosiona la costa y destruye las islas. Una comunidad muy diversa tiene menos probabilidades de colapsar debido a la redundancia funcional2. Por ejemplo, los corales pueden variar en su sensibilidad a las altas temperaturas. Si un coral es extremadamente sensible a la temperatura, otro puede ocupar su lugar en la comunidad, pero si solo hay unas pocas especies, es menos probable que haya un sustituto disponible.

Un número significativo de medicamentos de los que nos beneficiamos son el resultado directo de la diversidad de la vida. Los medicamentos que ahora sintetizamos alguna vez se aislaron de animales, plantas, hongos y bacterias. Existe toda una industria dedicada al descubrimiento de nuevos medicamentos potenciales mediante el escaneo de varias especies para detectar la presencia de compuestos bioactivos. Por ejemplo, las plantas producen productos químicos para defenderse contra infecciones y herbívoros. Las arañas y las serpientes producen diversos venenos. Ambas clases de organismos han sido la fuente de medicamentos importantes, como el Taxol de los tejos, que trata los cánceres de mama, pulmón y ovario, o el Ohanin del veneno de King Cobra, que es un analgésico3-4. Cada especie que se extingue puede ser la clave para curar enfermedades que actualmente no se pueden tratar. Cuanto más rápido perdamos esas especies, menor será la posibilidad de descubrir soluciones.

Una vez que una especie se extingue, nunca podremos experimentarla. Este tipo de pensamiento ha impulsado la conservación de pandas, nutrias marinas y otros animales carismáticos. Estas especies se denominan especies emblemáticas, y su conservación puede dar lugar a la protección de la biodiversidad. A pesar de que estos animales son solo una pequeña parte de todo el ecosistema, preservarlos significa preservar el ecosistema que ocupan. Los esfuerzos para salvar a la nutria marina en la costa oeste de América del Norte han dado como resultado bosques de algas saludables que albergan a muchos miles de otrasespecies. Sin la protección de las nutrias marinas, los herbívoros como los erizos de mar, que generalmente son comidos por las nutrias, son capaces de devorar por completo los bosques de algas marinas dejando rocas estériles donde muy pocas especies podrían sobrevivir.

<h4>Referencias</h4>

<ol class="referencias">
	<li>Knowlton, Nancy. El futuro de los arrecifes de coral. PNAS. 2001, Vol. 98 , (10) 5419-5425.</li>
	<li>Andrea S. Downing, Egbert H. van Nes, Wolf M. Mooij, Marten Scheffer. La resiliencia y resistencia de un ecosistema al colapso de la diversidad. PLoS Uno. . 2012; , Vol. 7(9): e46135.</li>
	<li>Muro, Monroe E. Camptotecina y taxol: del descubrimiento a la clínica. Med Res Rev. 1998, Vol. 18, 5 (299-314).</li>
	<li>Yuh Fen Pung, Peter T. H. Wong, Prakash P. Kumar, Wayne C. Hodgson, R. Manjunatha Kini. Ohanin, una nueva proteína del veneno de la cobra real, induce hipolocomoción e hiperalgesia en ratones. J Biol Chem. 2005, 280, 13137-13147.</li>
	<li>Estes, J.A., et al. Interacciones tróficas complejas en ecosistemas de bosques de algas marinas. Boletín de Ciencias del Mar, Volumen . 2004, Vol. 7, 3: 621-638.</li>
</ol>

Medición de la biodiversidad

Los ecosistemas diversos son importantes para la salud del planeta y nuestra supervivencia como seres humanos; Por lo tanto, es increíblemente importante para nosotros comprender y ...

Education

Educación

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Biology

Biología

Ecology

Ecología

why biodiversity matters in ecosystems

Biodiversity matters because it helps keep ecosystems healthy and stable. Biodiversity is the variety of living organisms in an ecosystem, and it can be measured at the genetic, species, community, and ecosystem levels. Ecologists often focus on species richness, which is the total number of different species in a local community. They also consider evenness, which describes how similar the abundances of those species are.

A community with many species is not always the most diverse if one species dominates. When species are more evenly distributed, biodiversity is higher than in a community where rare species make up only a small part of the total. Biologists can compare communities with rank-abundance curves. A flat curve shows high evenness, while a curve that drops quickly shows low evenness. If richness and evenness both differ, ecologists use equations to calculate diversity, although there is still debate about which equation works best.

Counting every organism is often impossible. A single tree in the Amazon Rainforest may hold hundreds of beetle species. To estimate biodiversity, ecologists use quadrats, which are frames with a known area. They place quadrats randomly in a field or along transects, which are tapes stretched across an area so samples can be taken at regular intervals. This approach helps cover the site while making the survey practical.

Even with quadrats and transects, rare species can be missed. Ecologists use species accumulation curves to track the total number of species found as more quadrats are sampled. The curve rises as new species appear and eventually approaches an asymptote, which gives an estimate of the total number of species in the area. If the asymptote is not fully reached, scientists can still estimate how many species are likely present.

Biologists also compare diversity across space with alpha, beta, and gamma diversity. Alpha-diversity is the number of species in one area. Beta-diversity compares two areas and includes the species unique to each one. Gamma-diversity measures the number of species across many areas in a region. Together, these measures show diversity at small and large scales.

Biodiversity is threatened by pollution, climate change, and invasive species. Ecosystems depend on many working parts, including primary producers, herbivores, carnivores, and detritivores. If species are lost, the ecosystem can collapse, and the services it provides to people can disappear too. Coral reefs show this clearly. When water temperatures rise, corals lose their symbiotic algae cells, then starve, die, and lose their structure. Fish lose cover, fish numbers decline, fishermen are affected, and damaged reefs can no longer protect coastlines from erosion.

High biodiversity can make a community more resistant to collapse because of functional redundancy. If one coral species is very sensitive to heat, another may be able to fill its role. With only a few species, that backup is less likely. Biodiversity also supports medicine. Many medicines were first isolated from animals, plants, fungi, and bacteria. Scientists continue to search species for bioactive compounds, such as Taxol from yew trees for cancer treatment and Ohanin from king cobra venom as a painkiller. Each extinct species may remove a possible source of future cures.

Conservation often focuses on flagship species such as pandas and sea otters. Protecting these animals can also protect the ecosystems they live in. On the West Coast of North America, efforts to save sea otters helped keep kelp forests healthy and full of many other species. Without otters, sea urchins can overgraze kelp forests and leave barren rocks with very few species able to survive.

Why Biodiversity Matters in Ecosystems

animal behavior

Drosophila Taxis in Animal Behavior

Drosophila taxis behavior is a key part of animal behavior studies. The common fruit fly, Drosophila melanogaster, is a widely used model organism in biology. It is easy to keep in small tubes, it has a short generation time of about two weeks, and males and females are easy to tell apart because males have black coloration toward the posterior and females have banded abdomens. Scientists have used Drosophila for more than a century. Thomas Hunt Morgan and his students studied mutant flies in...

energy dynamics

Food Chain Energy Flow and Biomass

Food chain energy flow shows how energy moves through ecosystems from one organism to the next. Energy cannot be created or destroyed, so it can only change form or be passed along to another organism. When a cow grazes on grass or an osprey eats fish, energy moves to the consumer. Each transfer is part of a trophic level, and these links help explain how ecosystems stay balanced. Primary producers sit at the base of the food chain. They are autotrophs, or self-feeding organisms, because they...

measuring biodiversity

Biodiversity matters because it helps keep ecosystems healthy and stable. Biodiversity is the variety of living organisms in an ecosystem, and it can be measured at the genetic, species, community, and ecosystem levels. Ecologists often focus on species richness, which is the total number of different species in a local community. They also consider evenness, which describes how similar the abundances of those species are. A community with many species is not always the most diverse if one...

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Mass Extinction and the Fossil Record

Mass extinction is a major loss of species, and the fossil record shows how these events changed life on Earth. Fossils from different rock layers helped scientists see that life has a long history. In the early 19th century, that idea helped launch paleontology, the study of fossils and ancient life. At first, many scientists did not fully accept that a species could disappear forever. They thought unknown organisms seen only in fossils might still live in unexplored places on Earth. By 1859,...

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Island Biogeography and Species Richness

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Measuring Ecosystem Health

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle. Ecologists study ecosystem health...

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Hawk-dove strategy helps explain how animals compete and cooperate in populations. Organisms often face costs when they try to get food, shelter, or mates. Because of that, individuals can use different behavioral strategies to gain an advantage. This is clear in polymorphic mating systems, where one sex, usually males, uses more than one mating strategy. For example, dominant male sea lions defend groups of females on the beach. Non-dominant males stay in or near the water and try to mate...

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Patch Use in Optimal Foraging

Patch use in optimal foraging explains how organisms balance food gain against the time and energy needed to search for it. Foraging is not limited to food. Animals also search for habitats, shelter, and mates. Each choice has costs and benefits. A resource provides a benefit, but finding and capturing it takes effort. Optimal Foraging Theory models how organisms reach the best balance between those costs and gains. A key idea in this theory is that resources are often clumped into patches...

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Mate Competition and Fitness Traits

Mate competition and fitness traits shape how organisms choose partners and pass genes to the next generation. Evolutionary fitness depends on surviving and producing offspring, and sexual selection is a major part of that process. It creates pressure on traits used in courtship and mating, such as bright colors, ornamentation, and other features that help attract a mate. These traits can also create sexual dimorphism, which means males and females of the same species look different. Sexual...

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Honeybee Altruism and Inclusive Fitness

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Learn how biodiversity is measured with richness, evenness, quadrats, and diversity curves, and why it protects ecosystems, medicine, and conservation.

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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

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