Las poblaciones de peces marinos fluctúan mucho debido tanto a circunstancias climáticas como a los efectos de la pesca. Se ha visto que algunas poblaciones han fluctuado mucho a lo largo de los siglos (Cushing 1982; Soutar e Isaacs, 1969), mientras otras muestran variaciones en el reclutamiento, apreciables en tan solo unos pocos años (Cushing 1965, 1982 ; Kawasaki et al., 1991). Las circunstancias climáticas pueden producir cambios en las poblaciones de peces tanto a corto como a largo plazo. Cushing (1975) estima que la relación entre el clima y la producción depende de la proporción entre las larvas de peces y el alimento de que disponen, especialmente en aguas templadas donde los peces tienden a desovar en períodos fijos, mientras que el ciclo de producción de alimentos es variable.
En las pesquerías se ha observado la sustitución temporal de una especie por otra. En la parte occidental del Canal de la Mancha, durante los últimos años veinte y los treinta, la población de arenques disminuyó y vino a ser sustituida por la sardina (Cushing, 1975). No hay indicios de que estos cambios fueran debidos a la pesca, sino que más bien se asocian con el alza de la temperatura marina, que condujo a la sustitución de unas especies propias de aguas más frías por unas especies de teleósteos e invertebrados propios de aguas más templadas (Southward, 1963). En los años cincuenta, las poblaciones de sardinas disminuyeron frente a las costas de California y fueron sustituidas por las anchoas (Ahlstrom, 1966). Tal disminución se atribuye al cambio de temperatura, pero vino reforzada por las actividades pesqueras (Beverton, 1990; Cushing ,1982). Las escamas de pescado conservadas en sedimentos anaeróbicos frente a California ofrecen una huella cronológica de la abundancia de peces pelágicos, que muestran la fluctuación de la abundancia de las sardinas y anchoas a lo largo de centenares de años (Soutar e Isaacs, 1969).
Existen cada vez más indicios de que se producen cambios sincrónicos de las poblaciones de peces a nivel mundial. Se han producido cambios en poblaciones separadas por grandes distancias pese a los diferentes métodos de ordenamiento de las regiones (Maan, 1993). Por ejemplo, en los últimos ochenta años, las capturas de sardinas en las pesquerías del Perú y California han variado al mismo ritmo que las capturas de sardinas en Asia sudoriental (Maan, 1993). La evolución de la corriente El Niño en el Pacífico ocasiona bajas capturas de sardinas frente a las costas del Perú y grandes capturas de jureles frente a las costas de Tasmania (Maan, 1993). Dichas observaciones ofrecen abundantes pruebas de que los acontecimientos climáticos en gran escala tienen gran influencia en la abundancia de las poblaciones de peces, por lo que la vigilancia de la evolución climátologica ofrece un instrumento de previsión para fijar las cuotas (Maan, 1993).
Muchas pesquerías presentan un régimen de explotaciones sucesivas: el agotamiento de una especie viene seguido por la explotación de otras especies. La flota pelágica noruega pasó de capturar arenques para pasar al capelán y después a los jureles en los años sesenta (Garrod, 1973). En las pesquerías del mar del Norte los desembarques se mantuvieron relativamente constantes entre 1–1,5 millones de toneladas anuales durante cincuenta años, pero aumentaron rápidamente en los años sesenta con el desarrollo de las pesquerías industriales, primeramente con arenques y jureles juveniles y posteriormente con faneca noruega, anguilas y espadines (Hempel, 1978). A medida que las poblaciones de lenguado se iban agotando, los pescadores se trasladaron a otras zonas (Garrod, 1973). Esta tónica de sustitución no se ha debido a un aumento de la abundancia de las especies secundarias, sino al cambio de los objetivos de pesca tras la sobreexplotación de las especies primarias (Daann, 1980). En las pesquerías de salmón del Pacífico algunas poblaciones pequeñas han desaparecido debido a la pesca excesiva (Loftus, 1976). En el mar de Irlanda, la raya común, Raia batis, fue corriente en un tiempo, pero en la actualidad es muy rara. Esta especie tiene un crecimiento lento, llega a la madurez a una edad avanzada y su fecundidad es baja, en comparación con los teleósteos demersales que son objeto de la pesca de arrastre en el mar de Irlanda (Brander, 1981).
Los peces pelágicos parecen ser menos resistentes a los cambios climáticos a largo plazo que las especies demersales, debido a su más baja fecundidad (Cushing, 1975) y ciclos biológicos más cortos (Maan, 1993). Además, la forma en que se comportan sus bancos los hace más vulnerables a los métodos de pesca industrial (Rothschild, 1986) y en los últimos cincuenta años la abundancia de varias especies ha sufrido una brusca reducción. La pesca ha sido la principal causa de esta casi desparición de las poblaciones del arenque del Atlántico, el arenque del Pacífico, la sardina del Pacífico, la sardina japonesa, la sardina del Atlántico Sur, la anchoa peruana, el capelán del mar de Barents, y el jurel del Pacífico (Beverton, 1990). De cada 10 casos de poblaciones bruscamente reducidas, nueve se han recuperado cuando se ha suspendido o reducido la pesca, siendo las poblaciones que han sufrido una reducción más drástica las que han arrojado una tendencia a la recuperación más lenta. Unicamente los arenques islandeses que desovan en primavera, que se redujeron bruscamente a fines de los años sesenta y principios de los setenta, no han mostrado signos de recuperación hasta la fecha (Beverton, 1990).
La “explosión de los gádidos” (Cusing, 1984) y el correspondiente aumento de la pesca industrial en el mar del Norte puede atribuirse en parte a la disminución de la población de arenques (Beverton, 1990) que liberó alimentos para los reclutas de gádidos, pero el aumento de estas poblaciones se debió en realidad a cambios naturales del ecosistema. La producción en primavera del zooplancton Calanus, la alimentación principal de las larvas del bacalao, se vio retrasada cosa de un mes como reacción a unas temperaturas marinas más bajas en los años sesenta y setenta, lo que redundó en un mejor equilibrio entre la densidad de los alimentos y las larvas del bacalao, que se producen en una estación de desove fija (Cushing, 1984).
En los últimos treinta años se han producido cambios importantes en la biomasa y en la composición de las especies demersales del Atlántico nordoccidental (Fogarty, 1992). La pesquería en Georges Bank pasó de estar dominada por gádidos en 1963 a estarlo por la de mielgas en 1986, cambio ocasionado por la elevada mortalidad por pesca del bacalao y el eglefino y un aumento de la abundancia de las mielgas (Sissenwine y Cohen, 1993).
Como respuesta típica a la pesca, una población mostrará una disminución de la edad media a medida que desaparecen los peces mayores y más viejos, dejando una mayor proporción de peces jóvenes de más rápido crecimiento; este efecto de “renovación pesquera” fue descrito en primer lugar por Baranov (1918). El crecimiento de los peces depende en parte de la densidad de la población, por lo que cuando se reduce la biomasa mediante la pesca la tasa de crecimiento puede aumentar y, en condiciones de pesca moderada, puede conducir incluso a un aumento de la talla media por edades. Por ejemplo, en las poblaciones de platija, Platichthys flesus, del Báltico meridional, la edad media de los peces y las tasas de captura disminuyeron a medida que aumentó la pesca entre 1905–25, pero la longitud y pesos medios de los peces aumentaron (Kandler, 1932). Sin embargo, para 1931 la longitud media había empezado a decrecer, ya que el aumento de la tasa de crecimiento fue insuficiente para contrarrestar el ritmo de retirada de los peces de la población (Kandler, 1932). Este efecto se consideró positivo, ya que mejoraba el valor económico de la población (Kandler, 1932). En las pesquerías de platija americana, Hippoglossoides platessoides, en los Grand Banks la talla media por edades aumentó entre los años cincuenta a setenta, aun cuando las tasas de captura disminuyeron durante el mismo período como reacción a un aumento de la explotación (Pitt, 1975). Durante este período no hubo tendencias importantes de la temperatura que puedan haber afectado a las tasas de crecimiento, pero la reducción de la densidad de la platija americana y de la competencia pesquera dejó más alimentos disponibles para la platija (Pitt, 1975).
La formulación de una teoría de la pesca se atribuye a Baranov en la Federación de Rusia y a Thompson en los Estados Unidos de América. Este campo de la dinámica de las poblaciones fue ampliado y desarrollado por muchos otros estudiosos, para convertirse en el núcleo central de la ciencia de la pesca. Los modelos de ordenación se basan en el concepto de la producción excedentaria y el máximo rendimiento sostenible. Se supone que las poblaciones están en equilibrio y alcanzan sus dimensiones óptimas de conformidad con la capacidad del medio ambiente. Cuando la población se reduce por la pesca, el reclutamiento y el crecimiento aumentan para devolver a la población su equilibrio. El aumento compensatorio del crecimiento y reclutamiento como reacción a la explotación es corriente y ha sido tratado con frecuencia en los trabajos sobre la pesca. Estos cambios compensatorios han ocultado las variaciones genéticas en los caracteres del ciclo biológico debidos a la explotación, lo que ha dificultado la detección de los efectos genéticos.
