per Pablo Gómez Herrmann

Anem a fer un viatge en el temps; sou al Canadà a principis del segle XX i us dediqueu al comerç de pells d’animal. Us adoneu que cada deu anys veneu una gran quantitat de pells de llebre, però entre aquests pics els caçadors tenen períodes on són incapaços de trobar cap llebre. Anys més tard, els informes detallats de les rutes de comerç de pells servirien a biòlegs per reconstruir dinàmiques poblacionals i per adonar-se  que no només les llebres segueixen un patró temporal cíclic, sinó que el seu depredador, el linx, també presenta un comportament similar. 

Explosions espontànies

Durant el segle XVII, naturalistes escandinaus ja van adonar-se que petits rosegadors com el lèmming (Lemmus lemmus) apareixien en gran abundància del no-res i tornaven a desaparèixer en qüestió de molt poc temps. Científics contemporanis van formular teories estrambòtiques: per exemple, la pluja de lèmmings per generació espontània als núvols, o fins i tot que els animalons exploten si s’enfaden massa. El mite més famós, però, va ser difós per un documental de Disney del 1958, en el qual s’exposa que els lèmmings practiquen suïcidis en massa tirant-se de penya-segats. Trobareu més sobre lèmmings en aquest article anterior.

L’any 1924 es publica el primer treball científic sobre fenòmens cíclics en poblacions animals pel zoòleg anglès Charles S. Elton (1900-1991). Elton va adonar-se que petits rosegadors, com els lèmmings o els talpons, mostren cicles estables de creixement i reducció cada 3-5 anys en regions boreals. Aquest estudi va definir la biologia de poblacions com a disciplina i, encara que s’han trobat diversos factors responsables d’aquest fenomen, cent anys després de la publicació d’aquest treball encara no som capaços d’explicar a la perfecció el perquè de tot plegat. Però com creixen les poblacions naturals?

1. Un lèmming de Noruega (Lemmus lemmus)

Els límits del creixement

En situacions ideals, un es podria imaginar que una població creix exponencialment ad infinitum, però en realitat el creixement no es manté eternament. Poblacions reals creixen exponencialment fins que arriben a certa densitat i passen a una fase estable, anomenada “capacitat de càrrega”, que és el punt on mortalitat i natalitat s’equilibren. Aquest model de creixement s’anomena corba logística, i els factors que determinen la capacitat de càrrega són els recursos disponibles en un hàbitat determinat. Ara bé, si aquest model prediu una fase estable constant, per què algunes poblacions pateixen fenòmens cíclics?

2. Funció de creixement logístic (n° individus en funció de temps). K: capacitat de càrrega. r: taxa de creixement anual. dN/dT representa el creixement net de la població, que s’apropa a 0 a mesura que N iguala el valor de K.

Les fluctuacions són causades per dos tipus de factors: factors dependents i independents de la densitat poblacional. D’una banda, els factors independents solen estar relacionats amb l’ambient. Si bé hi ha patrons estables que afecten les poblacions, com els cicles diaris i els lunars, la majoria de factors ambientals són molt irregulars (nutrients, contaminants o clima) i, per tant, juguen un efecte accessori en la regulació de poblacions. D’altra banda, els factors dependents s’intensifiquen a mesura que la població arriba a la seva capacitat de càrrega, funcionant de peça clau en causar la ciclicitat.

Malalties, competència i depredació són els principals factors densodependents que causen que les poblacions no es puguin mantenir en el seu màxim i acabin finalment col·lapsant. Els efectes d’aquests factors s’arrosseguen després del col·lapse, i eviten que es torni a donar un nou pic just després d’una decaiguda; i en aquest sentit, el període entre pics respon a l’esperança de vida mitjana de l’espècie.  Curiosament, si un depredador només s’alimenta d’una presa i manté aquesta interacció durant un llarg període de temps, succeeix una coevolució on el depredador també comença a produir cicles semblants als de la seva presa.

Coevolució

El factor limitant pel depredador també és la disponibilitat de menjar, que en aquest cas és la població presa. Matemàticament, la depredació és un fenomen estable, i s’ha pogut predir amb el model Lotka-Volterra. Aquest model mostra que depredador i presa tenen abundàncies sincròniques, però el depredador no té un cicle harmònic amb la presa, sinó que hi ha un temps de resposta, a més que la capacitat de càrrega del depredador sempre és inferior a la de la presa.

3. El model Lotka-Volterra prediu una oscil·lació estable de la densitat poblacional tant de depredador com de presa al llarg del temps.

Que es mantingui aquesta interacció té una explicació evolutiva. La depredació és una carrera armamentística, on depredador i presa han d’estar en constant innovació per guanyar avantatge a l’altre. Aquesta dinàmica no fa més que perpetuar un statu quo on cap banda aconsegueix una victòria total, però qui no s’adapta està destinat al fracàs. Aquesta dinàmica s’ha anomenat hipòtesi de la reina roja, un concepte que s’inspira en l’obra de Lewis Carroll “Alícia a través del mirall” (1871), on els habitants del país de la reina roja han de córrer eternament per mantenir-se allà mateix on són.

Biologia de la Conservació

Si ara comparem el model matemàtic amb la realitat, veuríem que els resultats són ben diferents, i això és perquè el model Lotka-Volterra sobresimplifica una interacció on actuen moltes variables que el model no considera. Un dels problemes inicials en predir aquestes dinàmiques és definir què considerem com a població, perquè no existeix cap conjunt d’organismes que estigui perfectament delimitat, i el concepte es torna porós en considerar que la migració és inevitable.

4. Dades de pells comercialitzades per l’empresa canadenca Hudson Bay Company, tant de llebre americana (Lepus americanus) com del seu depredador, el linx canadenc (Lynx canadiensis).

Actualment, sabem que és més correcte parlar de subpoblacions que comparteixen fluxos de migració bidireccionals que no pas d’una població fonamental. Amb la construcció de noves carreteres, línies d’alt voltatge i l’urbanització d’espais naturals, aquests conceptes guanyen rellevància més que mai en tant que demostren el perill d’aïllar poblacions biològiques tallant vies de migració. És per això que entendre dinàmiques poblacionals ens ajuda actualment a conservar espècies amenaçades i predir els efectes d’espècies invasores.

Estudiar dinàmiques cícliques requereix molts anys de seguiment, i les últimes dades indiquen que moltes poblacions de lèmmings han “col·lapsat”, és a dir, que han perdut la seva ciclicitat. Aquesta alteració s’explica principalment pel canvi climàtic; fenòmens climàtics impredictibles i l’escalfament de zones boreals han tingut efectes dràstics en l’hàbitat i recursos dels lèmmings. Aquest col·lapse s’ha traduït en un efecte en cascada en tot l’ecosistema, ja que els lèmmings són una peça clau en la cadena alimentària en boscos boreals.

Les principals espècies amb dinàmiques cícliques es constitueixen per rosegadors, llebres, faisans, algunes papallones, i, segons certs estudis (com per exemple #1 i #2), també podem incloure l’espècie humana. Històricament, se sol considerar que èpoques de pau són seguides per etapes violentes en societats humanes, i analitzant dades demogràfiques un s’adona que aquests esdeveniments mostren cert patró de regularitat. El segle XX ha demostrat que l’espècie humana és capaç de multiplicar-se exponencialment, però queda per veure quina és la nostra capacitat de càrrega i fins a on és capaç d’aguantar el planeta.

Ja per acabar…

Si bé ara sabem que els lèmmings no tenen tendències suïcides i els directors de Disney eren els que tiraven als pobres animalons daltabaix, encara no podem respondre a la perfecció com la suma de factors que condicionen les dinàmiques oscil·lants interaccionen per donar aquests cicles. Cent anys d’investigació en biologia de poblacions han donat per molt, però la disciplina s’enfronta constantment a nous reptes en un món globalitzat marcat pel canvi climàtic.

Per saber-ne més

Science – Greenland Lemmings’ Collapse Pushes Predators to Brink

University of California, Berkeley – The Ecology of Human Populations: Thomas Malthus

WWF – Why Connectivity Matters to Wildlife and People

Sobre l’autor: Pablo Gómez Herrmann

Graduat en biologia i master en microbiologia avançada per la Universitat de Barcelona. Estic interessat en la biotecnologia i com podem aprofitar microorganismes en el nostre benefici. M’encanta escriure i m’encanta la ciència, per això vull posar el meu gra de sorra en fer divulgació d’aquells temes que em desperten curiositat i m’inquieten.

Imatges

  1. Extreta de https://www.flickr.com/photos/gridarendal/31970071901
  2. Font pròpia
  3. Modificada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Predator_prey_curve.png
  4. Extreta de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Milliers_fourrures_vendues_en_environ_90_ans_odum_1953_en.jpg

Revisors:  Nil Salvat Rovira, Mar Barrantes Cepas i Víctor Naharro Oriol