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Articulo de referencia

Crecimiento exponencial biológico

Gráfico que muestra el crecimiento exponencial de tres especies de bacterias. El crecimiento exponencial biológico es el crecimiento sin restricciones de una población de organi...

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Gráfico que muestra el crecimiento exponencial de tres especies de bacterias.

El crecimiento exponencial biológico es el crecimiento sin restricciones de una población de organismos, que ocurre cuando los recursos en su hábitat son ilimitados. [ 1 ] Más comúnmente evidente en especies que se reproducen rápida y asexualmente , como las bacterias , el crecimiento exponencial es intuitivo por el hecho de que cada organismo puede dividirse y producir dos copias de sí mismo. Cada bacteria descendiente puede a su vez dividirse, duplicando nuevamente el tamaño de la población (como se muestra en el gráfico anterior). [ 2 ] La bacteria Escherichia coli , en condiciones óptimas, puede dividirse hasta dos veces por hora. Sin restricciones, el crecimiento podría continuar, y una colonia cubriría la superficie de la Tierra en menos de un día. [ 3 ] [ 4 ] Los recursos son el factor determinante para establecer el crecimiento exponencial biológico, y existen diferentes ecuaciones matemáticas que se utilizan para analizarlo y cuantificarlo.

Recursos

La disponibilidad de recursos es esencial para el crecimiento sin obstáculos de una población. Ejemplos de recursos que utilizan los organismos son alimento, agua, refugio, luz solar y nutrientes.[1][2] Idealmente, cuando los recursos en el hábitat son ilimitados, cada especie puede desarrollar plenamente su potencial innato para crecer en número, como observó Charles Darwin al desarrollar su teoría de la selección natural. Cualquier especie que crezca exponencialmente en condiciones de recursos ilimitados puede alcanzar enormes densidades de población en poco tiempo. Darwin demostró cómo incluso un animal de crecimiento lento como el elefante podría, en teoría, alcanzar una población enorme si hubiera recursos ilimitados para su crecimiento en su hábitat.[3] Esto es irrealista en casi todas las situaciones (con excepciones, como un laboratorio). Simplemente existe una cantidad finita de todo lo necesario para la vida, y los individuos de una población competirán con los de su propia especie o con otras por estos recursos finitos.[4]

Ecuaciones matemáticas

Una ecuación utilizada para analizar el crecimiento exponencial biológico utiliza las tasas de natalidad y mortalidad en una población. Si, en una población hipotética de tamaño N , las tasas de natalidad (per cápita) se representan como b y las tasas de mortalidad (per cápita) como d , entonces el aumento o la disminución de N durante un período de tiempo t será

dnortedt=(b−d)norte{\displaystyle {\frac {dN}{dt}}=(bd)N}

(bd) se denomina "tasa intrínseca de crecimiento natural" y es un parámetro elegido para evaluar los impactos de cualquier factor biótico o abiótico en el crecimiento de la población. [ 5 ]

A medida que la población se acerca a su capacidad de carga , la tasa de crecimiento disminuye y la tendencia poblacional se vuelve logística . [ 6 ] Una vez que se incorpora la capacidad de carga, o K, para tener en cuenta los recursos finitos por los que una población competirá dentro de un entorno, la ecuación antes mencionada se convierte en la siguiente:

dnortedt=rmetroaincógnitadnortedt=rmetroaincógnitanorteK−norteK{\displaystyle {\frac {dN}{dt}}=r_{max}{\frac {dN}{dt}}=r_{max}N{\frac {KN}{K}}}

La variablermáximo{\displaystyle r_{\max }}es la tasa máxima de crecimiento de la población, también conocida como potencial biótico. [ 6 ] Un gráfico de esta ecuación crea una curva en forma de S, que demuestra cómo el crecimiento inicial de la población es exponencial debido a la abundancia de recursos y la falta de competencia. Cuando los factores que limitan el crecimiento de un organismo no están disponibles en un suministro constante para satisfacer la creciente demanda, como las cantidades de ARN y proteínas en las bacterias, el crecimiento del organismo no puede continuar a esta tasa exponencial. [ 7 ] A medida que los recursos se vuelven más limitados, la tasa de crecimiento disminuye, y finalmente, una vez que las tasas de crecimiento alcanzan la capacidad de carga del entorno, el tamaño de la población disminuirá. [ 6 ] Esta curva en forma de S observada en el crecimiento logístico es un modelo más preciso que el crecimiento exponencial para observar el crecimiento de poblaciones de organismos en la vida real.

Otros campos

El crecimiento exponencial biológico está vinculado a otros campos científicos como la ecología química y la microbiología . En relación con la ecología química, las reacciones que se producen entre las sustancias químicas denominadas metabolitos secundarios de los organismos influyen en su reproducción, alimentación y defensa. [ 8 ] Por lo tanto, los metabolitos secundarios constituyen un tipo de recurso que también influye en el crecimiento de los organismos.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Hobbie, Russell K.; Roth, Bradley J. (2007), "Crecimiento y decrecimiento exponencial" , en Hobbie, Russell K.; Roth, Bradley J. (eds.), Física intermedia para medicina y biología , Nueva York, NY: Springer, pp. 31–47 , doi : 10.1007/978-0-387-49885-0_2 , ISBN  978-0-387-49885-0, consultado el 25/11/2024
  2. ↑ Ullmann, Agnes (2 de diciembre de 2012). Artículos seleccionados en biología molecular de Jacques Monod . Elsevier. ISBN 978-0-323-14263-2.
  3. ↑ "Crecimiento exponencial y logístico" . Khan Academy . Consultado el 15 de enero de 2022 .
  4. ↑ Marr, AG (junio de 1991). " Tasa de crecimiento de Escherichia coli" . Microbiological Reviews . 55 (2): 316–333 . doi : 10.1128/mr.55.2.316-333.1991 . PMC 372817. PMID 1886524 .  
  5. ↑ Rye, Connie; Wise, Robert; Jurukovski, Vladimir; DeSaix, Jean; Choi, Jung; Avissar, Yael (21 de octubre de 2016). Biología . Houston, Texas: OpenStax . Consultado el 15 de enero de 2022 .
  6. 1 2 3 Rye, Connie; Wise, Robert; Jurukovski, Vladimir; DeSaix, Jean; Choi, Jung; Avissar, Yael (21 de octubre de 2016). Biología . Houston, Texas: OpenStax . Recuperado el 15 de enero de 2022 .
  7. ↑ Bremer, Hans; Dennis, Patrick P. (2008-01-12). "Modulación de la composición química y otros parámetros de la célula a diferentes tasas de crecimiento exponencial" . EcoSal Plus . 3 (1). doi : 10.1128/ecosal.5.2.3 . ISSN 2324-6200 . 
  8. ↑ "Ecología química" . obo . Consultado el 14 de noviembre de 2024 .

Fuentes

Zoología, 4.ª edición, de John A. Miller y Stephen B. Harley

  • "Introducción al crecimiento demográfico" . Sunny B. Snider (Facultad de Agricultura, Universidad Estatal de California, Chico) y Jacob N. Brimlow (Facultad de Agricultura, Universidad Estatal de California, Chico) . Biblioteca de Educación sobre la Naturaleza, 2013.