Diversidad de especies

La diversidad de especies es el número de especies diferentes representadas en una comunidad determinada (un conjunto de datos). El número efectivo de especies se refiere al número de especies igualmente abundantes necesarias para obtener la misma abundancia proporcional media de especies que la observada en el conjunto de datos de interés (donde no todas las especies son igualmente abundantes). Los significados de diversidad de especies pueden incluir riqueza de especies , diversidad taxonómica o filogenética, y/o uniformidad de especies . La riqueza de especies es un simple recuento de especies. La diversidad taxonómica o filogenética es la relación genética entre diferentes grupos de especies. La uniformidad de especies cuantifica cuán iguales son las abundancias de las especies. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

La diversidad de especies en un conjunto de datos se puede calcular tomando primero el promedio ponderado de las abundancias proporcionales de las especies en el conjunto de datos y luego tomando el inverso de este. La ecuación es: ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

${\displaystyle {}^{q}\!D={1 \over {\sqrt[{q-1}]{\sum _{i=1}^{S}p_{i}p_{i}^{q-1}}}}}$

El denominador es igual a la abundancia proporcional media de especies en el conjunto de datos, calculada con la media generalizada ponderada con exponente q - 1. En la ecuación, S es el número total de especies (riqueza de especies) en el conjunto de datos, y la abundancia proporcional de la i- ésima especie es${\displaystyle p_{i}}$Las abundancias proporcionales se utilizan como ponderaciones. La ecuación se suele escribir en la forma equivalente:

${\displaystyle {}^{q}\!D=\left({\sum _{i=1}^{S}p_{i}^{q}}\right)^{1/(1-q)}}$

El valor de q determina qué media se utiliza. q = 0 corresponde a la media armónica ponderada , que es 1/ S porque${\displaystyle p_{i}}$Los valores se cancelan, con el resultado de que ⁰ D es igual al número de especies o riqueza de especies, S . q = 1 no está definido, excepto que el límite cuando q se acerca a 1 está bien definido: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle \lim _{q\rightarrow 1}{}^{q}\!D=\exp \left(-\sum _{i=1}^{S}p_{i}\ln p_{i}\right),}$

que es la exponencial de la entropía de Shannon .

q = 2 corresponde a la media aritmética . A medida que q tiende a infinito , la media generalizada tiende al máximo.${\displaystyle p_{i}}$En la práctica, q modifica la ponderación de las especies, de modo que al aumentar q se incrementa el peso asignado a la especie más abundante, y por lo tanto se necesitan menos especies igualmente abundantes para alcanzar la abundancia proporcional media. En consecuencia, valores altos de q dan lugar a una menor diversidad de especies que valores bajos de q para el mismo conjunto de datos. Si todas las especies son igualmente abundantes en el conjunto de datos, cambiar el valor de q no tiene efecto, pero la diversidad de especies para cualquier valor de q es igual a la riqueza de especies.

No se utilizan valores negativos de q , ya que entonces el número efectivo de especies (diversidad) superaría el número real de especies (riqueza). A medida que q se aproxima a menos infinito, la media generalizada se aproxima al mínimo.${\displaystyle p_{i}}$valor. En muchos conjuntos de datos reales, la especie menos abundante está representada por un solo individuo, y entonces el número efectivo de especies sería igual al número de individuos en el conjunto de datos. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La misma ecuación se puede utilizar para calcular la diversidad en relación con cualquier clasificación, no solo especies. Si los individuos se clasifican en géneros o tipos funcionales,${\displaystyle p_{i}}$representa la abundancia proporcional del i -ésimo género o tipo funcional, y ^q D es igual a la diversidad de géneros o diversidad de tipos funcionales, respectivamente.

Con frecuencia, los investigadores han utilizado los valores proporcionados por uno o más índices de diversidad para cuantificar la diversidad de especies. Dichos índices incluyen la riqueza de especies , el índice de Shannon , el índice de Simpson y el complemento del índice de Simpson (también conocido como índice de Gini-Simpson). ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Cuando se interpretan en términos ecológicos, cada uno de estos índices corresponde a algo diferente, y por lo tanto sus valores no son directamente comparables. La riqueza de especies cuantifica el número real, no el efectivo, de especies. El índice de Shannon es igual a log( ^1/ D ), es decir, q se aproxima a 1, y en la práctica cuantifica la incertidumbre en la identidad de la especie de un individuo que se toma al azar del conjunto de datos. El índice de Simpson es igual a 1/2 ^D , q = 2, y cuantifica la probabilidad de que dos individuos tomados al azar del conjunto de datos (con reemplazo del primer individuo antes de tomar el segundo) representen la misma especie. El índice de Gini-Simpson es igual a 1 - 1/2 ^D y cuantifica la probabilidad de que los dos individuos tomados al azar representen especies diferentes. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Dependiendo de los objetivos de cuantificación de la diversidad de especies, el conjunto de datos utilizado para los cálculos puede obtenerse de diferentes maneras. Si bien la diversidad de especies puede calcularse para cualquier conjunto de datos donde los individuos hayan sido identificados a nivel de especie, las interpretaciones ecológicas significativas requieren que el conjunto de datos sea apropiado para las preguntas en cuestión. En la práctica, el interés suele centrarse en la diversidad de especies de áreas tan extensas que no todos los individuos pueden observarse e identificarse a nivel de especie, por lo que es necesario obtener una muestra de los individuos relevantes. La extrapolación de la muestra a la población subyacente de interés no es sencilla, ya que la diversidad de especies de la muestra disponible generalmente subestima la diversidad de especies en toda la población. La aplicación de diferentes métodos de muestreo dará lugar a la observación de diferentes conjuntos de individuos para la misma área de interés, y la diversidad de especies de cada conjunto puede ser diferente. Cuando se agrega un nuevo individuo a un conjunto de datos, puede introducir una especie que aún no estaba representada. El grado en que esto aumenta la diversidad de especies depende del valor de q : cuando q = 0, cada nueva especie real provoca un aumento de la diversidad de especies de una especie efectiva, pero cuando q es grande, añadir una especie rara a un conjunto de datos tiene poco efecto sobre su diversidad de especies. ^{[ 9 ]}

En general, se espera que los conjuntos con muchos individuos tengan mayor diversidad de especies que los conjuntos con menos individuos. Al comparar los valores de diversidad de especies entre conjuntos, es necesario estandarizar los esfuerzos de muestreo de manera apropiada para que las comparaciones produzcan resultados ecológicamente significativos. Se pueden utilizar métodos de remuestreo para unificar muestras de diferentes tamaños. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Las curvas de descubrimiento de especies y el número de especies representadas por uno o pocos individuos pueden ayudar a estimar cuán representativa es la muestra disponible de la población de la que se extrajo. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

La diversidad de especies observada se ve afectada no solo por el número de individuos, sino también por la heterogeneidad de la muestra. Si los individuos provienen de diferentes condiciones ambientales (o hábitats ), cabe esperar que la diversidad de especies del conjunto resultante sea mayor que si todos los individuos provienen de un entorno similar. Aumentar el área muestreada incrementa la diversidad de especies observada, tanto porque se incluyen más individuos en la muestra como porque las áreas extensas son ambientalmente más heterogéneas que las áreas pequeñas.

• Harrison, Ian; Laverty, Melina; Sterling, Eleanor. "Diversidad de especies" . Connexions (cnx.org) . Fundación William y Flora Hewlett, Fundación Maxfield y Consorcio Connexions . Consultado el 1 de febrero de 2011 .(Licencia Creative Commons 1.0 Atribución Genérica ).