¿Qué previene la sobrepoblación de depredadores?

No, no creo que la autorregulación explique mucho el tamaño de la población de depredadores. La selección de grupos puede explicar tal autorregulación, pero no creo que tenga una importancia considerable para esta discusión.

La respuesta corta es, como dijo @shigeta

[los depredadores] tienden a morir de hambre porque son demasiados.

Para comprender mejor lo que dijo @shigeta, le interesará comprender varios modelos de interacciones presa-depredador o consumidor-recurso. Por ejemplo, las famosas ecuaciones de Lotka-Volterra describen la dinámica de población de dos especies coexistentes donde una es presa y la otra es depredador. Primero definamos algunas variables…

• $x$: Número de presas
• $y$: número de depredadores
• $t$: tiempo
• $\alpha$,$\beta$,$\xi$y$\gamma$son parámetros que describen cómo una especie influye en el tamaño de la población de la otra.

Las ecuaciones de Lotka-Voltera son:

Puede mostrar que, para algunos parámetros, la matriz de estas ecuaciones tiene un valor propio complejo, lo que significa que el comportamiento a largo plazo de este sistema es cíclico (comportamiento periódico). Si simula tales sistemas, verá que los tamaños de población de las dos especies fluctúan así:

donde la línea azul representa a los depredadores y la línea roja a las presas.

Representar los mismos datos en el espacio de fase, es decir, con el tamaño de la población de las dos especies en ejes$x$y$y$usted obtiene:

donde las flechas muestran la dirección hacia la que se mueve el sistema. Si el tamaño de la población de los depredadores ($y$) llega a 0 (extinción), entonces$\frac{dx}{dt} = x(\alpha - \beta y)\space$se convierte$\frac{dx}{dt} = x\alpha \space$(cuya solución general es$x_t = e^{\alpha t}x_0$) y por tanto las poblaciones de presas crecerán exponencialmente. Si el tamaño de la población de presas ($x$) llega a 0 (extinción), entonces$\frac{dy}{dt} = -y(\gamma - \xi x)\space$se convierte$\frac{dy}{dt} = -y\gamma \space$, y por tanto la población de depredadores disminuirá exponencialmente.

Siguiendo este modelo, su pregunta es en realidad: ¿Por qué los parámetros$\alpha$,$\beta$,$\xi$y$\gamma$no "establecido" de manera que los depredadores provoquen la extinción de las presas (y por lo tanto su propia extinción)? ¿Se podría hacer de manera equivalente la pregunta opuesta? ¿Por qué las presas no evolucionan para escapar de los depredadores para que la población de depredadores aplaste?

Como se mostró, no necesita un modelo complejo para permitir la coexistencia de depredadores y presas. Podrías describir tu modelo con un poco más de precisión en otra publicación y preguntar por qué en tu modelo las presas siempre se extinguen. Pero hay toneladas de posibilidades para hacer que su modelo sea más realista, como agregar heterogeneidades espaciales (lugares para esconderse, por ejemplo, como lo sugiere @AudriusMeškauskas). También se pueden considerar otros niveles tróficos, efectos estocásticos, presión de selección variable a lo largo del tiempo (y otros tipos de selección de equilibrio), tasa de mortalidad específica por edad, sexo o salud debido a la depredación (por ejemplo, los depredadores pueden atacar preferentemente a los jóvenes o enfermos), varias especies competidoras, etc.

También me gustaría hablar sobre otras cosas que podrían ser de interés en su modelo (dos de ellas necesitan que permita procesos evolutivos en su modelo):

1) selección de linaje : los depredadores que comen demasiado terminan desapareciendo porque provocaron la extinción de sus presas. Esta hipótesis nada tiene que ver con algún tipo de autorregulación por el bien de las especies. Por supuesto, necesitaría varias especies de depredadores y presas en su modelo. Este tipo de hipótesis generalmente se considera muy poco probable que tenga algún poder explicativo.

2) Principio de vida-cena . Mientras el lobo corre por su cena, el conejo corre por su vida. Por lo tanto, existe una mayor presión de selección sobre los conejos, lo que hace que los conejos corran en promedio un poco más rápido que los lobos. Este proceso evolutivo protege a los conejos de la extinción.

3) Puede considerar...

• más de una especie de presa o depredador
• heterogeneidad ambiental
• superposición parcial de rangos de distribución entre depredadores y presas
• Cuando una especie está ausente, el modelo se comporta como un modelo exponencial. Es posible que desee hacer un modelo de crecimiento logístico para cada especie incluyendo$K_x$y$K_y$la capacidad de carga de cada especie.

• Adición de un depredador (o parásito) a la especie de depredador de interés

  ... y puede obtener resultados muy diferentes.

La respuesta de Remi.b es excelente, y esto debe tomarse como un complemento:

Es posible que tu simulación sea correcta.

Las ecuaciones de Lotka-Volterra son lo que se conoce como un modelo determinista y describen el comportamiento de los sistemas depredador-presa (de una manera algo simplificada) en grandes poblaciones . Las poblaciones pequeñas están sujetas a lo que se conoce como extinción estocástica: a medida que las curvas de depredador y presa se acercan a sus mínimos, pueden predecir poblaciones inferiores a 1, que en realidad son 0 o 1, y cuando son 0... bueno, alguien se ha extinguido.

Lo más probable es que su simulación esté en una población pequeña, y si es una simulación, en lugar de cálculo, debería ver esos efectos estocásticos (sin duda, si su simulación realiza un seguimiento de animales enteros, en lugar de animales continuos, y la probabilidad aleatoria es involucrados, esto va a ser algo de lo que tendrás que preocuparte).

En un modelo similar con el que he estado trabajando, esa es una adaptación bastante simple de un modelo LV que debería, de manera determinista, dar como resultado un sistema estable como en la imagen de Remi.b, los depredadores se extinguen el 20% del tiempo y la presa 80% del tiempo.

Uno de los posibles ajustes de estos modelos matemáticos es introducir un "lugar para esconderse", haciendo que un (pequeño) porcentaje de la población de presas no sea accesible (o mucho más difícil de acceder) para los depredadores. Después de que la cantidad de depredadores disminuye debido al hambre, los individuos presa están relativamente más seguros fuera del "lugar para esconderse" y pueden crecer por encima de este límite antes de que la cantidad de depredadores aumente nuevamente.

Debe agregar curvas de Bell a su simulación. La curva más importante para simular es la calidad nutricional de la presa, aunque hay muchas más cosas que curvar, como la velocidad y la virilidad, tanto para la presa como para los depredadores. La naturaleza usa muchas curvas de campana, por lo que deben ser buenas para algo, como suavizar los duros efectos del crecimiento exponencial puro. Sospecho que cuantas más curvas de Bell implemente, más estables serán sus poblaciones.

Si el valor alimenticio de su presa es igual, entonces no hay razón para que sus depredadores no se coman hasta el último. Eso es lo que hago con un plato lleno de alimentos, todos igualmente deliciosos y con suficiente excedente para que toda la comida en mal estado se pueda tirar a la basura. Los problemas surgen cuando te obligan a comer la basura porque no hay nada más para comer.

Comamos nuestra presa de los 3 lados de la curva. Si comemos del lado izquierdo más débil y fácil de atrapar, esto hace que la población de presas sea más fuerte y más resistente al depredador. Si comemos de los más comunes en la parte superior las presas rebotarán más rápidamente. Si comemos de los más deseables a la derecha, la rápida reducción de la calidad (pero no de la virilidad) de la población de presas tiene graves consecuencias negativas para la salud de los depredadores. Observe cómo cada dirección que comemos tiene como respuesta la acción correctiva necesaria contra el depredador. Debido a la salvaje aleatoriedad de la genética, la población débil siempre puede recuperarse en calidad cuando la presión depredadora disminuye. Parece que la naturaleza tampoco la arruinó.

Un ejemplo fácil se ve en el suministro de alimentos para humanos frente a plantas. La población debería aumentar sin detrimento a medida que producimos más y más alimentos, y lo haría si la calidad pudiera permanecer igual. La población aumenta, pero debido a que la calidad nutricional sigue cayendo, el detrimento aumenta rápidamente en numerosos gráficos de salud y población.

Cuando las plantas se ven obligadas a arreglárselas con lo poco que tienen, usted se ve obligado a arreglárselas con lo poco que proporcionan.

Esto se reduce a una razón principal: la competencia.

A los animales, en general, no les gusta compartir recursos con competidores directos, pero esta violencia sobre la comida, el territorio y, en el caso de las relaciones intraespecíficas, los derechos de reproducción parece ser más extrema a medida que se asciende en la cadena alimentaria.

Un excelente ejemplo de esto se refiere a los pumas. Un gato macho dominante en Montana, por ejemplo, gobierna un dominio que fácilmente puede exceder las cien millas cuadradas. Este territorio es varias veces más grande de lo que necesitaría solo para alimentarse, entonces, ¿por qué es tan grande? Es bastante simple: derechos de reproducción. Dentro de los límites de su territorio, unos cien o más kilómetros cuadrados, hay tierras que también utilizan dos o tres hembras y los cachorros que ha engendrado con ellas. Otros tom pumas entran bajo su propio riesgo, ya que estaría más que feliz de sacarlos o matarlos. El mismo destino le sucede a cualquiera de sus hijos que alcanzan la madurez, por lo que se dispersan a tierras desconocidas o mueren en el intento. Como resultado, los machos que se dispersan mueren naturalmente con frecuencia en la mayoría de las especies.

Las hembras también defienden sus territorios, pero dado que no es ventajoso para ellas tener múltiples parejas reproductoras potenciales, sus tierras no son tan grandes (tal vez cuarenta millas cuadradas o menos), solo lo suficientemente grandes como para mantenerlas a ellas y a sus crías seguras y bien alimentadas. con todos los venados, alces, coyotes y/o cimarrones que necesiten, además de presas más pequeñas. Las crías hembras que se dispersan tienen más facilidad para encontrar territorios que sus hermanos y es menos probable que se dispersen ampliamente debido a este hecho.

Para responder a su pregunta, los depredadores autorregulan sus poblaciones, a menudo de manera violenta. En un ecosistema estable, hay suficientes para mantener a raya a sus presas, pero debido a factores inmobiliarios, derechos de reproducción e interacciones con otras especies depredadoras, simplemente no se sobrepoblan.

Lo que te estás perdiendo es que no todas las presas son igualmente fáciles de atrapar. Los animales viejos y enfermos que viven en lugares expuestos son mucho más fáciles de atrapar que los animales jóvenes, sanos y que viven en lugares bien protegidos. A medida que el depredador atrapa la carne fácil, se vuelve progresivamente más y más difícil para el depredador obtener una comida.

Si no vi esto en una de las otras respuestas, pido disculpas, pero no creo que nadie haya mencionado un hecho muy relevante sobre algunos depredadores que afectan directamente a sus poblaciones en un momento dado. El hecho es que los lobos y probablemente otros depredadores que viven en una agrupación de estilo de manada, permiten que solo el macho alfa y la hembra se apareen. Obviamente, esto limita severamente la cantidad de crías que nacen cada año y deja a la manada vulnerable a una catástrofe cuando algo le sucede a uno o ambos alfas. Este modo de autorregulación es independiente de la disponibilidad de alimentos, por lo que funciona tanto en años de abundancia como de hambruna.