Browsing by Author "Lima Arce, Mauricio"

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    Applying catastrophe theory and population dynamics models to understanding fisheries collapses in the Humboldt marine ecosystem
    (2025) Montero Styles, José Tomás; Lima Arce, Mauricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
    Abrupt stock and population collapses can occur due to intense fishing pressure, overfishing, orwhen intense exploitation interacts with oceanic climatic stressors; however, the latter of theseinteractions remains poorly understood in many highly productive ecosystems. This thesisexamines 18 data-rich stocks from the Humboldt Current Ecosystem (HCE), utilizingcatastrophe theory modeling in conjunction with theoretical population dynamics models byRoyama (2021) to demonstrate how changes in fishing intensity, combined with climaticvariables, can drive fisheries across ecological tipping points and ultimately lead to collapse.Paper 1 of this thesis utilizes the stochastic cusp model framework, demonstrating that two-thirds of the analyzed stocks, particularly demersal fish and benthic crustaceans, transition fromnon-linear dynamics to a low-biomass equilibrium when warm sea surface Temperatures (SST°C) are considered elevated, leading to destabilizing fishing mortality and exhibitingpronounced hysteresis. The Second paper of the thesis integrates theoretical populationdynamics models developed by Royama (2021), including a predator-prey one revealing thatthe South Pacific hake (Merluccius gayi gayi) collapse was a consequence of the (El NiñoSouthern Oscillation), first providing favorable conditions for the stock to growth underrelatively low fishing pressure, for later transitioning to more La Niña and neutral regimes thatcombine with increased fishing pressure to doom the stock to a pronounced collapse.Additionally, we demonstrated that the leading cause of the collapse was fishing pressure, ratherthan intense predation by the jumbo squid, as was previously evident. This finding is supportedby the fact that the predator-prey model used to test the hypothesis of the jumbo squid did notaccount for the effect of fishing pressure. The last Paper 3 of the thesis extends the Royamaframework to three austral gadids fish stocks: Southern Blue Whiting (Micromesistiusaustralis), Patagonian Grenadier (Macruronus magellanicus), and Southern Hake (Merlucciusaustralis), showing a combination of influences in their dynamics such as SST, the SouthernAnnular Mode (SAM), and a more than a decade of megadrought (expressed as localprecipitation regimes), reforge the recruit dynamics and density dependence of the stocks. Thisthesis concludes that fisheries policies should be climate-ready and must develop adaptiveharvest control rules linked to early warning metrics provided by climatic indices andoceanographic conditions, including precautionary closures that can be triggered by bifurcationthresholds for catastrophic stocks. Finally, multi-national efforts should be carried out acrossthe HCE to buffer the effect of future regimen shifts for coastal communities and fishermenwhose survival relies on the fishing industry.
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    Epidemics malaria dynamics in Eastern Africa highlands: the role of climate change and human population growth.
    (2021) Maurin Krsulovic, Felipe Augusto; Moulton, Timothy Peter; Lima Arce, Mauricio; Jaksic Andrade, Fabián
    During the last two decades, researchers have suggested that the increase of the malaria incidence rate in tea plantations in the Kericho district in Kenya was driven by climate change. Critics suggested that others variables could be involved in the increase of the malaria burden, such as HIV and human population size. Population ecologists have developed a simple framework which helps to explore the contributions of endogenous (density-dependency) and exogenous processes on population dynamics. Both processes may operate to determine the dynamic behavior of a particular population through time. Briefly, density-dependency (endogenous process) occurs when the per capita population growth rate (R) is determined by its previous population sizes. An exogenous process occurs when some variable affects another but is not affected by the changes it causes. In this study we re-explore the dynamics of the malaria incidence rate in Kericho tea plantations taking into account the HIV incidence rate, rural population size, temperature and rainfall. We found that malaria dynamics showed signs of a negative endogenous process between R and malaria infectious class. We found that there was weak evidence to support the climate change hypothesis and that rural population size and the HIV incidence could interact to positively force malaria models parameters explaining the positive malaria trend observed at Kericho tea plantations in Kenya from 1979 to 2002.
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    European Rabbit Invasion in a Semi-Arid Ecosystem of Chile: How Relevant Is Its Role in Food Webs?
    (2023) Gubelin, Patricia; Correa-Cuadros, Jennifer Paola; Ávila Thieme, María Isidora; Flores Benner, Gabriela Verónica; Duclos, Melanie; Lima Arce, Mauricio; Jaksic Andrade, Fabián; Torre, Ignasi; Balčiauskas, Linas
    The European rabbit (Oryctolagus cuniculus) is one of the main invasive species in Chile, where it became naturalized ca. 150 years ago. Their high reproductive capacity, lack of specialist predators, and great adaptability favored the settlement of rabbits in diverse mainland and island ecosystems of the country. Recently, rabbits have become central players in semi-arid ecosystems, such as those represented in Las Chinchillas National Reserve in north-central Chile. We undertook to analyze the place and role of rabbits in the food web of that Reserve, based on a bibliographic review and long-term annual data gathered from 1987 until 2022 (36 years). Results showed that the network comprised 77 species, where 69% were primary producers (plants), 18% were mid-level consumers (herbivores), and 13% were top-level consumers (predators). The most connected species in the food web was the rabbit, which positively or negatively affected the species interacting with it. Predators such as Galictis cuja, Geranoaetus polyosoma, Leopardus colocolo, and Puma concolor, and the scavenger Vultur gryphus, could be negatively affected by an eventual decrease (natural or human-caused) in the rabbit population of the Reserve. To the contrary, primary producers such as Oxalis perdicaria, Plantago hispidula, Schizanthus parvulus, Senna cumminggi, and Tropaeolum azureum could be positively affected by an increase in their biomass in response to a decrease in rabbits, favoring native rodents. We consider that analyzing the rabbit-centered food web and its impacts on native interacting species allows a better understanding of the relevance of invasive species in the local community, providing conceptual tools for rabbit management.
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    Invasión de Lycalopex griseus (Zorro chilla o gris) en Isla Grande de Tierra del Fuego, Chile
    (2025) Zurita Redón, Carlos Nicolás Felipe; Jaksic Andrade, Fabián; Lima Arce, Mauricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
    El Zorro Chilla o Gris (Lycalopex griseus), es una especie de cánido nativo en todo Chile, excepto en Tierra del Fuego donde fue introducido en 1951 con la finalidad de ejercer un control biológico sobre la plaga de conejos europeos (Oryctolagus cuniculus) que azotaba en ese entonces la isla. Desde esa fecha, la población de L. griseus ha provocado distintos impactos sobre la biodiversidad y el sector productivo de la isla, sin mayores evaluaciones en la literatura de dichos impactos, ni tampoco medidas de control u erradicación. Por ello, se evaluó el impacto ecológico y económico de la introducción de L. griseus en Tierra del Fuego, junto con los cambios en la variabilidad genética respecto de la población natuva. Se realizaron estimaciones de abundancia bruta, densidad y patrones de actividad de la población en la isla. Junto con ello, se procedió a la captura con trampas Tomahawk de individuos de L. griseus para la obtención de muestras de piel, y con ello, muestras genéticas que permitan resolver algunas dudas existentes en torno a la especie, por ejemplo, la determinación de la presencia del fenómeno de cuello de botella poblacional y pérdida de variabilidad genética. Finalmente, se realizó una una valorización económica del impacto de la introducción de esta especie sobre la biodiversidad y el sector productivo en la isla.
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    Teoría demográfica estructural: un estudio sobre las dinámicas de acumulación de tensión política en la sociedad chilena (1865-2019) y su relación con eventos de inestabilidad sociopolítica
    (2022) Muñoz Rodríguez, Manuel Andrés; Lima Arce, Mauricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
    La teoría demográfica estructural (SDT) es un marco interpretativo que plantea que el crecimiento poblacional, a través de un efecto mediado por estructuras sociales y relaciones de poder entre élites y población general, es la fuerza que subyace a las tensiones sociales que aumentan la vulnerabilidad del sistema y facilitan la emergencia de eventos de inestabilidad sociopolítica. Esta teoría, y su mecanismo explicativo, ha recibido importante soporte empírico de parte de múltiples estudios que se han enfocado en analizar la ocurrencia y las regularidades de las dinámicas de las inestabilidades políticas en sociedades agrarias. En la última década, la SDT y su modelo explicativo, fueron adaptados para el estudio de la conflictividad política en sociedades industriales y postindustriales, siendo sus predicciones corroboradas únicamente en dos estudios enfocados en EEUU y Reino Unido; países centrales desarrollados con gran fortaleza institucional. El objetivo de la presente investigación fue poner a prueba el modelo explicativo de la SDT para estudiar la dinámica de la inestabilidad política en una sociedad industrial/postindustrial periférica, tomando como caso de estudio Chile (1865-2019). Para ello, usando fuentes secundarias, se reconstruyó la trayectoria de la inestabilidad política en Chile, estimando las potenciales regularidades estadísticas mediante el empleo de análisis de wavelets. Los resultados obtenidos permitieron establecer, con independencia de los cambios históricos, la existencia de una periodicidad en el patrón de emergencia de conflictos, la cual fue de aproximadamente 40 años, lo que sugiera la potencial preponderancia de un mecanismo general explicativo asociado a interacciones no lineales entre componentes del sistema social. Los análisis de periodicidad de las variables estructurales propuestas por la SDT, sugieren que el Estrés Fiscal (SFD) es el indicador que dirige la dinámica de la inestabilidad política en Chile, siendo el Potencial de Movilización de las Élites (EMP) y Potencial de Movilización de la Población Común (MMP) variables moduladoras, las cuales influyen en las características y tipología de los conflictos políticos resultantes. Al estimar la trayectoria histórica del índice de estrés político predicho por la SDT (PSI= SFD* MMP*EMP), se encontró que el mismo tiene poder explicativo para la dinámica de inestabilidad sociopolítica en Chile (1865-2019), ya que el mismo permite predecir los principales eventos de conflictividad social y transformación institucional dentro del período de interés, entre ellos: Guerra Civil (1891), matanzas de trabajadores (1900s), decadencia de la “República Oligárquica” (1924-1935), golpe de Estado (1973), movilizaciones sociales (1980s) y “Estallido Social” (2019). Los resultados obtenidos muestran que la “sobreproducción de élites”, derivada de la baja elasticidad de las posiciones de poder social relativa al incremento en el número de personas con cualidades para aspirar a este grupo, es uno de los procesos que está presente en todos los períodos que anteceden eventos que conllevan a importantes transformaciones institucionales y a cambios en el régimen político. Por su parte, según las estimaciones realizadas, la variable MMP cobra mayor relevancia a partir de la segunda mitad del siglo XX, esto como consecuencia del declive observado en los ingresos relativos de la población general (“w”) desde la década de los 1960s. Nuestros resultados muestran que en los últimos 80 años, el sistema socioeconómico chileno se encuentra en una dinámica de rendimientos decrecientes , en donde el crecimiento de la proporción de personas que aspiran a ocupar puesto de las élites, ante un escenario de crecimiento de la proporción urbana y población joven, presiona a la baja la tasa de cambio de los ingresos relativos de la población general, tendiendo a generar un escenario de “sobreoferta de la fuerza laboral”, incrementado la competencia intra e intergrupo, aumentando la vulnerabilidad del sistema. En la actualidad, Chile atraviesa un período de alta conflictividad, en donde la SDT predice un incremento en la tensión acumulada en las 3 variables estructurales. En el pasado, sólo se ha observado una tendencia similar en el período previo a la conflictividad de los 60s y golpe de Estado del 73.