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Ecología matemática

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La ecología matemática se dedica a la aplicación de los teoremas y métodos matemáticos a los problemas de la relación de los seres vivos con su medio y es, por tanto, una rama de la biología. Esta disciplina provee de la base formal para la enunciación de gran parte de la ecología teórica.

El mayor desarrollo de esta rama de la ecología se ha producido en relación a la Ecología de Poblaciones. Los modelos clásicos en ecología son depredador-presa y competencia interespecífica (Lotka-Volterra) y el crecimiento logístico de las poblaciones de seres vivos en un medio con recursos limitados (Verhulst). El modelo exponencial de la curva logística, usado en demografía, es muy popular. Estos modelos corresponden a las llamadas Dinámicas poblacionales.

Posteriormente, el uso de las matemáticas se extendió a muchas de las restantes ramas de la ecología, como la Ecología de Comunidades (con la formalización del concepto de Nicho ecológico, y la enunciación del concepto de Similitud limitante por Robert MacArthur y otros), Biogeografía (Biogeografía de Islas, por MacArthur y E. O. Wilson), el uso de la teoría de juegos en la ecología del comportamiento, etc.

Muchas áreas de la ecología, como son o la limnología, no están suficientemente formalizadas o aún no ha sido posible formalizarlas, como para entrar dentro de la disciplina de la ecología matemática y se consideran un cuerpo de conocimientos discursivos contrastados empíricamente mediante el uso de la estadística.

Métodos Matemáticos

Los métodos usados son los mismos que en otras ramas de la ciencia que tomen herramientas de las matemáticas. En general un modelo de sistemas biológicos es convertido en un sistema de ecuaciones. La solución de las ecuaciones, tanto por medios analíticos como numéricos, describen como el sistema biológico se comporta a lo largo del tiempo o en el equilibrio.

Existen muchos tipos de ecuaciones y el tipo de comportamiento es dependiente tanto del modelo en sí como del tipo de ecuaciones usadas. Algunos ejemplos son:

  • Procesos determinísticos: Partiendo de una condición inicial y moviéndose hacia adelante en el tiempo, el sistema siempre genera la misma trayectoria y dos de éstas no se cruzan nunca.

    • Ecuaciones diferenciales ordinarias (Tiempo continuo. Sin derivativas espaciales). Modelos clásicos de crecimiento poblacional y de Lotka y Volterra.

    • Ecuaciones diferenciales parciales (Tiempo continuo con derivativas espaciales). Modelos de dispersión, y redistribución de poblaciones, modelos espacialmente explícitos de reacción-difusión.

    • Mapas (Tiempo discreto). Mapa logístico, modelo de Nicholson y Bailey (estos modelos se utilizan mucho en ecología de insectos, y en general animales y plantas con generaciones que no se superponen entre sí).

  • Procesos estocásticos (sistemas dinámicos aleatorios) El estado final se describe como una variable aleatoria con su correspondiente distribución de probabilidades.

    • Procesos no Markovianos (Tiempo continuo).

    • Procesos y/o Continuos de Markov.

Características

Los modelos en la ecología suelen contener funciones de tipo exponencial, y son muy propensos a comportarse en forma caótica, aun en el caso de sistemas muy simples como el mapa logístico.

Modelos espaciales

Utilizando las herramientas descriptas arriba, junto con la simulación por medio de computadoras, desde fines de la década de 1980, los modelos espaciales han tenido una gran expansión. Los que apuntan a simular un sistema concreto, como por ejemplo una plaga en un área o una plantación, son llamados modelos de simulación. Si el espacio está representado en forma de un mapa, o una grilla, son llamados modelos espacialmente explícitos.

Otros modelos

Una teoría macro ecológica muy compleja recientemente enunciada es la Teoría neutral unificada de la biogeografía y la biodiversidad, de Stephen P. Hubbell.

Ecólogos matemáticos o gente que hizo grandes aportes a esta disciplina

Los fundadores:

La segunda generación

Actuales

  • Robert M. May.

  • Ilka Hanski.

  • Peter Turchin.

  • Stephen P. Hubbell.

La Ecología


Todos los seres vivos tienen una manera de vivir que depende de su estructura y fisiología y también del tipo de ambiente en que viven, de manera que los factores físicos y biológicos se combinan para formar una gran variedad de ambientes en distintas partes de la biosfera. Así, la vida de un ser vivo está estrechamente ajustada a las condiciones físicas de su ambiente y también a las bióticas, es decir a la vida de sus semejantes y de todas las otras clases de organismos que integran la comunidad de la cual forma parte.

Cuanto más se aprende acerca de cualquier clase de planta o animal, se ve con creciente claridad que cada especie ha sufrido adaptaciones para sobrevivir en un conjunto particular de circunstancias ambientales. Cada una puede demostrar adaptaciones al viento, al sol, a la humedad, la temperatura, la salinidad y otros aspectos del medio ambiente físico, así como adaptaciones a plantas y animales específicos que viven en la misma región.

La ecología se ocupa del estudio científico de las interrelaciones entre los organismos y sus ambientes, y por tanto de los factores físicos y biológicos que influyen en estas relaciones y son influidos por ellas. Pero las relaciones entre los organismos y sus ambientes no son sino el resultado de la selección natural, de lo cual se desprende que todos los fenómenos ecológicos tienen una explicación evolutiva.

A lo largo de los más de 3000 millones de años de evolución, la competencia, engendrada por la reproducción y los recursos naturales limitados, ha producido diferentes modos de vida que han minimizado la lucha por el alimento, el espacio vital, el cobijo y la pareja.

También podemos definir el término ecología como el estudio de las relaciones mutuas de los organismos con su medio ambiente físico y biótico. Este término está ahora mucho más en la conciencia del público porque los seres humanos comienzan a percatarse de algunas malas prácticas ecológicas de la humanidad en el pasado y en la actualidad. Es importante que todos conozcamos y apreciemos los principios de este aspecto de la biología, para que podamos formarnos una opinión inteligente sobre temas como contaminación con insecticidas, detergentes, mercurio, eliminación de desechos, presas para generación de energía eléctrica, y sus defectos sobre la humanidad, sobre la civilización humana y sobre el mundo en que vivimos.

La voz griega oikos significa "casa" o "lugar para vivir", y ecología (oikos logos) es literalmente el estudio de organismos "en su hogar", en su medio ambiente nativo. El término fue propuesto por el biólogo alemán Ernst Haeckel en 1869, pero muchos de los conceptos de ecología son anteriores al término en un siglo o más. La ecología se ocupa de la biología de grupos de organismos y sus relaciones con el medio ambiente. El término autoecología se refiere a estudios de organismos individuales, o de poblaciones de especies aisladas, y sus relaciones con el medio ambiente. El término contrastante, sinecología, designa estudios de grupos de organismos asociados formando una unidad funcional del medio ambiente. Los grupos de organismos pueden estar asociados a tres niveles de organización: poblaciones, comunidades y ecosistemas. En el uso ecológico, una población es un grupo de individuos de cualquier clase de organismo, un grupo de individuos de una sola especie. Una comunidad en el sentido ecológico, una comunidad biótica comprende todas las poblaciones que ocupan un área física definida. La comunidad, junto con el medio ambiente físico no viviente comprende un ecosistema. Así, la sinecología se interesa por las numerosas relaciones entre comunidades y ecosistemas. El ecólogo estudia problemas como quién vive a la sombra de quién, quién devora a quién, quién desempeña un papel en la propagación y dispersión de quién, y cómo fluye la energía de un individuo al siguiente en una cadena alimenticia. El ecólogo trata de definir y analizar aquellas características de las poblaciones distintas de las características de individuos y los factores que determinan la agrupación de poblaciones en comunidades.

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