¿Existe alguna hipótesis que intente explicar los patrones de riqueza de especies a lo largo de los tres gradientes ambientales relacionados con la energía?

Mi pregunta está relacionada con una de las preguntas más antiguas de la ecología: "¿Qué determina los patrones globales de riqueza de especies?". Sin embargo, quiero centrarme en una parte particular de esta pregunta, que me ha estado molestando durante mucho tiempo.

Información de contexto

Uno de los patrones ecológicos más ampliamente reconocidos en la Tierra, que se encuentra en la mayoría de las escalas y en la mayoría de los taxones biológicos, es el gradiente de diversidad latitudinal (LDG): hay más especies en los trópicos que en las regiones templadas, y cuanto más lejos te mudas de los trópicos, menos especies encuentras. Además, dicho patrón existe no solo a lo largo del gradiente latitudinal, sino que la riqueza de especies también covaría con la altitud en ambientes terrestres y la profundidad en ambientes marinos, mostrando el mismo gradiente de diversidad.

Parece justo sugerir que la energía debería subrayar de alguna manera todos estos gradientes de diversidad y crear algún tipo de mecanismo universal que, en última instancia, afectaría a todos los patrones de riqueza de especies en la Tierra. Desafortunadamente, no hay consenso sobre preguntas tan grandes como esta, pero estoy buscando una hipótesis que intente explicar específicamente los tres gradientes juntos.

Pregunta

¿Existe alguna hipótesis que intente explicar los patrones de riqueza de especies a lo largo de los tres gradientes ambientales relacionados con la energía juntos : latitud, altitud y profundidad? Si la hay, ¿cuál es su debilidad? Si no existe tal hipótesis, ¿tenemos razones para creer que puede existir un vínculo tan amplio entre los tres gradientes?

Tenga en cuenta cómo estoy tratando de enfatizar que no quiero que enumere todas las hipótesis que describen LDG solamente , sino los tres gradientes juntos .

Buena pregunta! Me imagino que cualquier teoría responsable tendría que tener en cuenta los gradientes asociados del área total (es decir, hay pocos metros cuadrados de espacio para habitar a medida que aumenta la elevación y la latitud). No he pensado en la profundidad, pero supongo que podría ser una joroba sesgada: hay un área en profundidades bajas, mucho más en profundidades medias y luego un área decreciente en profundidades cada vez más bajas.
¿Le preocupa sólo la riqueza o también la biomasa?
¿Qué quisiste decir con "gradiente relacionado con la energía"? ¿Puedes dar más palabras sobre eso? ¿Estás hablando de la temperatura? Si es así, ¿puede reducirse su pregunta a "¿Cómo influye la temperatura en la diversidad de especies"?
@ Remi.b, no exactamente la temperatura, sin embargo, el tipo que descubrió por primera vez LDG (von Humboldt) lo relacionó con la temperatura media anual. La energía es diferente de la temperatura, no solo desde un punto de vista puramente físico, sino que la energía disponible biológicamente explica por qué no hay muchas especies en los desiertos, donde la temperatura puede ser muy alta.
Bueno, para empezar, creo que, a excepción de los respiraderos térmicos, la energía proviene del sol. Entonces, más sol = más energía capturada por las plantas, lo que puede sustentar más vida no vegetal. En altitudes más altas, el factor limitante es el aire enrarecido, que limita la vida vegetal, que limita todo lo demás.
@Oreotrephes, buen punto, corregí la diversidad de especies a la riqueza de especies en el título y la pregunta. Es decir, sólo riqueza.
@Oreotrephes, no creo que el área pueda explicar los tres gradientes. Algunos problemas: se basa en la correlación positiva área-especie en primer lugar, hay lugares más allá de los trópicos con una riqueza de especies muy alta que no se puede explicar por área, el océano profundo proporciona un gran volumen de vida, pero no hay mucha vida allí. Claramente, la energía debe tener algo que ver con eso.
@swbarnes2, correcto, pero ¿cómo crea más especies :-)
@Herman, creo que el primer problema de la pregunta tiene que ver con el concepto de energía que usas. Dijiste energía biológicamente disponible. Entonces, ¿te refieres a radiación solar + geotermia + vientos cálidos (?) + aporte de azúcar (a través de un río, por ejemplo)? ¿No estás hablando de la fotosíntesis sobre la proporción de respiración?
¿Podríamos reemplazar su pregunta por: "Si tomo dos cajas enormes y agrego muchas especies diferentes de todos los linajes para hacer un ecosistema básico que funcione de alguna manera. En una caja configuro la temperatura a 11 ° C y en la otra caja la temperatura está establecida a 19°C. ¿En qué casilla tendré la mayor riqueza de especies si espero 10.000 años?"
@ Remi.b Quise decir energía + disponibilidad de agua en mi ejemplo del desierto. Vale, se está poniendo un poco confuso. Volvamos a donde empezó todo: "¿[P]uede reducirse su pregunta a '¿Cómo influye la temperatura en la diversidad de especies'?" No, no lo creo, porque: 1) no la diversidad de especies sino los patrones de riqueza de especies (gradientes) 2) la temperatura podría ser una hipótesis, pero creo que existe tal hipótesis y es defectuosa. Sin embargo, no puedo decirte en este momento con mucha confianza cómo es exactamente el defecto, no te preguntaría si lo supiera todo. Aunque todavía no he leído las respuestas.
@Herman: estoy de acuerdo contigo en que el área por sí sola no puede explicar los gradientes que vemos; Solo creo que debe incluirse en el modelo nulo.

Respuestas (3)

Esta es una gran pregunta y un campo de investigación muy activo. No estoy muy metido en esta literatura, pero debe investigar las diferentes relaciones de escala (a menudo leyes de potencia) que se han descrito sobre el metabolismo frente al tamaño corporal, las relaciones especies-área y la riqueza de especies frente a la biomasa. Considere también que el uso de energía por especies en una comunidad se considera un juego de suma cero tanto en el modelo neutral ( Hubbell, 2001 ) como en los modelos de evolución Red Queen. Sin embargo, probablemente no encontrará una respuesta definitiva a su pregunta, pero existen algunas intersecciones interesantes de ideas. Como otros han sugerido, también debe considerar y tener en cuenta las tasas históricas de extinción diferenciales y cómo esto influirá en los patrones actuales ( Mittelbach et al. 2007 ).

Los puntos de entrada pueden ser:

Sin embargo, un par de advertencias/ideas; En primer lugar, se ha argumentado que el gradiente latitudinal de la riqueza de especies probablemente se deba a muchos mecanismos diferentes en diferentes taxones (ver Gaston, 2000 ).). Aquí está buscando una hipótesis para explicar no solo este patrón único, sino los tres, lo que hace que una explicación única sea aún menos probable. En segundo lugar, se han presentado muchas explicaciones no exclusivas para el gradiente latitudinal. Incluso si no sabemos cuáles de estos son los verdaderos mecanismos, algunos son claramente incompatibles con ser explicaciones de los tres patrones que mencionas, mientras que otros podrían ser aplicables a todos ellos. Por ejemplo, la estabilidad ambiental en los trópicos es un mecanismo sugerido para el gradiente latitudinal, pero esto no tiene mucho sentido para un gradiente a lo largo de la profundidad del océano (podría decirse que el mar profundo ha sido un entorno más estable tanto en períodos de tiempo más cortos como más largos) . Sin embargo, podría ser relevante para un gradiente de altitud.

Espero que esto ayude.

Gracias, lo hace. Tengo una pregunta simple que debería poder responder sin ninguna investigación (¿quizás agregarla a su publicación?), y que también traté de incluir en mi pregunta original: "¿Qué hay de malo en decir simplemente que todos estos gradientes se correlacionan con el cantidad de energía solar disponible para los productores primarios?" Parece que no puedo responder por mí mismo. ¿La diferencia en la radiación solar es realmente significativa para las plantas en los trópicos y las regiones templadas? ¿Hay realmente menos energía solar disponible en altitudes más altas? ¿No logra explicar algunos puntos críticos de biodiversidad fuera de los trópicos? Salud.
Traté de exprimir todo en un comentario, pero qué diablos. De hecho, recuerdo haber hecho una presentación para un seminario de ecología en la universidad sobre este mismo artículo de Mittelbach :-) Estoy absolutamente de acuerdo en que podría no haber una respuesta real a esta pregunta (pero es por eso que acepté incluso la hipótesis defectuosa que intenta explicar los tres gradientes). También estoy de acuerdo en que la mejor manera de responder es leer todo lo que citaste... pero, para ser honesto, estaba buscando un atajo específicamente en los tres gradientes juntos :-D Solo digo que todavía estoy agradecido por tu respuesta .
Bueno, por un lado, la cantidad de energía solar no explica las diferencias en la riqueza de especies entre los hemisferios, y dudo que pueda explicar los gradientes con la altitud.

¡Buena pregunta!

Por la preocupación de la diversidad de plantas sobre el gradiente altitudinal se ha demostrado en varios estudios en los Alpes y en los Andes que la mayor abundancia y diversidad no se encuentra en las altitudes altas ni en las bajas sino en las medianas. Algunos argumentan que la abundancia y diversidad depende de la temperatura y el impacto humano que es lo que explica este patrón. Hay un modelo teórico que corta las montañas en tres parches a lo largo del gradiente altitudinal y asume que las plantas, cuando se reproducen, envían semillas en el mismo parche o en un parche cercano. Debido a que el parche en el medio puede recibir el flujo de genes de ambos "lados", mientras que las "extremidades" pueden recibir el flujo de genes solo de un "lado", la diversidad es mayor en el parche del medio.

En las comunidades acuáticas, hay muy pocas barreras físicas para el flujo de genes y, por lo tanto, la especiación a menudo ocurre por simpatría (¡creo!). La profundidad tiene un papel importante en el aislamiento de la población (permitiendo la especiación alopátrica) debido a la evolución del impulso sensorial. Algunos peces (para hablar solo de peces) tienen opsinas (proteínas involucradas en la visión) que están adaptadas a aguas profundas, mientras que otros peces tienen opsinas adaptadas a aguas poco profundas. Esta divergencia permite empujar a los peces a elegir un hábitat preferencial y evitar el flujo de genes.

Las altas temperaturas conducen a una alta tasa de mutación y una alta tasa de mutación conduce a una alta tasa de especiación (creo).

Debido a la glaciación pasada, se ha descubierto que las especies del hemisferio sur son más jóvenes en promedio que las del hemisferio norte. Por lo tanto, la ecología pasada debe tenerse en cuenta cuando se habla de diversidad presente. La masa de tierra de diferentes tamaños también podría afectar la diversidad de especies de manera diferente.

No creo que se pueda encontrar fácilmente una teoría que explique la diversidad de especies a lo largo de estos tres gradientes. Tiendo a pensar que estos tres gradientes son importantes porque están correlacionados con parámetros que influyen en la diversidad de especies de varias maneras. Esas variables correlacionadas son la temperatura, la humedad, la luz, la hora del día, la masa terrestre, la conectividad (ríos que aumentan el gen de la montaña al valle o la masa terrestre circundante, por ejemplo), el impacto humano, …

¿Qué quisiste decir con "gradiente relacionado con la energía"? ¿Estás hablando de la temperatura? Si es así, ¿puede reducirse su pregunta a "¿Cómo influye la temperatura en la diversidad de especies"?

¡Perdón por las referencias faltantes!

Este artículo de wiki enumera bastante bien (¡mejor que lo que hice en mi respuesta anterior!) diferentes hipótesis para explicar el gradiente latitudinal en la diversidad de especies. Algunas de estas hipótesis se pueden utilizar para describir el efecto de la profundidad o la altitud.

Saludos, @Remi.b. En cuanto a su párrafo 1, si se trata de la temperatura, entonces el pie de la montaña debería tener la mayor biodiversidad, ¿no? El próximo problema, debido a la gravedad, ¿no deberían las semillas moverse mucho más fácilmente por el gradiente (lo que, nuevamente, contribuiría a la biodiversidad de la región más baja). Finalmente, incluso si el parche medio recibe más flujo de genes, debería reducir la riqueza de especies, porque el flujo de genes actúa en contra de la especiación, ¿no?
Sí, aunque tanto usted como Fileunderwater escribieron excelentes respuestas, debo admitir que sabía sobre el artículo de Wiki que citó, y también leí algo de literatura sobre LDG... pero pensé que debería preguntar sobre los tres gradientes combinados, no solo LDG, en parte porque no tengo idea de dónde buscar una respuesta a esta frase, en parte porque tengo curiosidad y en parte porque no quería que me escribieras un libro con todas estas teorías enumeradas :-) Gracias de todos modos. Todavía espero que alguien más pueda masticar esto por mí, así que solo tengo que tragar, pero si no, estoy feliz de profundizar en esto también.
Ahora volvamos a nuestro asunto de temperatura/energía, tal vez necesito parafrasear un poco la pregunta. Me refería principalmente a la cantidad de radiación solar disponible para la fotosíntesis. Realmente no puedes llamarlo temperatura, ¿verdad? ¿Responde a tu pregunta o no realmente? Pero con esta definición, no estoy muy seguro de si la cantidad de energía solar disminuye con el aumento de la altitud... Si no es así, entonces tal vez la "energía" tampoco se correlacione con los tres gradientes. También vea mi pregunta en la publicación de fileunderwater , tal vez deberíamos responderla primero.

He estudiado la diversidad de abejas euglosinas a lo largo de gradientes altitudinales en las montañas amazónicas. Las referencias que he leído no mostraron consenso con respecto a la altitud. Para algunos grupos, la diversidad fue mayor en altitudes bajas; para otros grupos, estaba en el medio. Encontré la mayor diversidad en las altitudes medias (las montañas estaban alrededor de la línea del ecuador). Una hipótesis era sobre la aleatoriedad: arrojar muchas especies dentro de cualquier gradiente, y la mayoría de ellas se superpondrán en el centro solo por casualidad. Otra hipótesis decía sobre la posibilidad de recolonización. Puede haber extinciones en cualquier lugar, pero cerca del ecuador (latitud baja) y cerca del nivel del mar (altitud baja) puede haber especies recolonizando más rápido, porque hay más tierra alrededor. Después de todo, no creo que una simple regla explique todos y cada uno de los casos. Y nunca he pensado en eso bajo el nivel del mar. ¿No son los volcanes marinos un entorno rico?

Bueno, supongo que son ambientes biológicamente ricos, pero serían una excepción a la regla general en la que cuanto más se profundiza, menos luz solar penetra en el agua, menos plancton para comer hay, más frío hace e incluso la presión es mayor (que no está relacionado con la energía). Así que supongo que en general hay tal gradiente.
¿Qué pasa con las plantas que comieron sus abejas, mostraron la misma tendencia? Tampoco entiendo tu explicación de la aleatoriedad: si es una distribución uniforme, solo por casualidad las abejas deberían estar distribuidas, bueno, uniformemente, ¿no?
En el mar, la temperatura no está linealmente relacionada con la profundidad. Mira la segunda imagen aquí: marinebio.org/oceans/temperature.asp
Veo que las plantas cambiaron con la altitud, pero no midí su riqueza o diversidad. Imagine una pendiente de 100 a 3000 metros. Algunas abejas tendrán una altura de 200 m, otras de 2000 m. Imagina que esto también es aleatorio. Cuando los pones todos juntos, la mayoría se superpondrán en el centro, no en los bordes. Mira: sciencedirect.com/science/article/pii/S016953479901767X
¿Existe alguna hipótesis que intente explicar los patrones de riqueza de especies a lo largo de los tres gradientes ambientales relacionados con la energía?
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