Ekologie jako vědní obor

Prezentace na téma: "Ekologie jako vědní obor"— Transkript prezentace:

1 Ekologie jako vědní obor
Úvod, Předmět, Metodika

2

3

4

5 Ekologie - slovo mnoha významů
Vědní obor zabývající se vztahy mezi organismy (navzájem) a vztahy mezi organismy a jejich minulým, současným a budoucím prostředím (Ecological Society of America) V češtině často zahrnuje i to, co se v angličtině označuje “Environmental Sciences” Politické (a podobné) aktivity, spojené s ochranou životního prostředí (nemusí se nám to líbit, ale to je význam, ve kterém slovo ekologie - Ecology - užívají novináři nejčastěji - i v angličtině)

6 Etymologie Z řeckého Oikos = domov
V latinizované formě Oeco-, pak Eko- (angl. Eco-) Stejný základ slova jako Ekonomie

7 Část nepřesností je typická pro češtinu, ale podobné problémy jsou i v angličtině
Časopisy Ecology (odborný časopis, typický článek: jak se projeví přítomnost dravé hvězdice na složení společenstva korálového útesu) Ecologist (populárně odborný časopis o politice kolem životního prostředí, typický článek: o praktikách supermarketů a jejich důsledcích pro životní prostředí) / srovnej Economist

8 Klasické ekologické vědecké časopisy
Journal of Ecology (BES - První ročník vyšel v roce 1913) Ecology (ESA - První ročník vyšel v roce 1920)

9 Vědní obor zabývající se vztahy mezi organismy (navzájem) a vztahy mezi organismy a jejich minulým, současným a budoucím prostředím

10 Tyto vztahy zahrnují hlavně
fyziologické reakce jedinců strukturu a dynamiku populací interakce mezi druhy uspořádání biologických společenstev zpracování a využití energie a látek v ekosystémech ovlivnění organismů prostředím a prostředí organismy

11 Složité a dlouhé kauzální řetězce typu
“Jak staré panny zachránily Anglii”

12 Příklad složitých kauzálních řetězců (“náš” projekt v Belize) - HYPOTÉZA
Ze třtinových polí dochází k splachům živin do místních bažin, kde doposud převládali sinice (umí fixovat N) Po eutrofizaci jsou v bažinách schopna převládnout “makrofyta” - cévnaté rostliny (orobinec Typha domingensis) a vykonkurovat částečně sinice Zastínění ploch vede ke změně v zastoupení druhů komárů, přičemž převládne lepší přenašeč malárie Důsledky i pro lidskou populaci

13 Vliv velkých herbivorů v Austrálii (Tim Flannery: The future eaters) - HYPOTÉZA
“Aborigines” zlikvidovali velké původní herbivory Austrálie (před tis. lety) To vedlo k nárůstu mrtvé biomasy, která dobře hoří - to vedlo ke změně živinového režimu Nárůst ohně a zrychléné vyplavování živin vedlo k celkové změně vegetace (především ubyly deštné pralesy) To mohlo vést až k celkovým změnám klimatu

14 Poznámky: Ekologie se neomezuje na vliv člověka
Některé populace mohou mít zásadní vliv na svoje prostředí (např. se předpokládá, že veškerý kyslík je důsledkem činnosti fotosyntetizujících organismů) Žijeme (my i ostatní organismy) nyní, ale vše je důsledkem vývoje Ekologie jako věda neříká, co je dobře, ale spíš, co se stane, když…

15 Důležitost teorie ve vědě (a v ekologii)
Teorie jako deduktivní součást vědy (role matematiky) Testování hypotéz Funkce explikativní (vysvětlit) a prediktivní (co se stane v situacích, které jsem zatím neměl možnost zkoumat)

16 Postup vědeckého poznání v ekologii podle:
The Ecology of Plants by Jessica Gurevitch, Samuel M. Scheiner, & Gordon A. Fox (2002)

17 Aplikovaná ekologie Nejstarší ekologickou aplikací je asi zemědělství – i lovec a sběrač potřeboval ekologii využívaných druhů znát Dnes je aplikací velké množství - mnoho v ochraně prostředí a přírody - ale i jinde Jednotlivé “ekologické” zájmy mohou jít i proti sobě: když vysadím smrkovou monokulturu na květnatou louku, mohu zvýšit “sekvestraci” uhlíku, ale zlikviduji tím populace řady ohrožených druhů

18 Ekologie je otevřená věda Musí respektovat zákony věd o neživé přírodě
Fyzika (např. tok energie ekosystémem - rostlina nemůže “vyrobit” více organických látek, než kolik energie je schopná získat ze slunečního záření, tzn. horní limit je množství dopadající energie  účinnost asimilace) Chemie (když jsem dusičnan, uteču rychleji než fosfát)

19 Další často užívané vědy o neživé přírodě
Meteorologie (biometeorologie) Geologie Geografie Pedologie (terminologická nepřesnost - půda není tak úplně neživá) Paleontologie etc.

20 Interakce s dalšími biologickými disciplinami
Evoluční biologie (organismy, které zde jsou, se musely vyvinout, nejsou náhodným souborem vlastností); časová měřítka; Homage to Darwin Taxonomie a fylogenetika Fyziologie Molekulární biologie a další

21 Využitím metod z jiných oborů výrazně rozšiřuje okruh otázek, na které se můžeme ptát
Molekulární metody (příklady užití): zjišťování paternity (ale i “maternity” u rostlin) - zjišťujeme, jak daleko se šíří semena, kudy probíhá invaze rostliny apod. Zjišťování co je jedinec - a na základě toho, jaký je poměr generativního a vegetativního rozmnožování

22 Využití metod z jiných oborů výrazně rozšiřuje okruh otázek, na které se můžeme ptát
Stabilní izotopy Klasické je určování stáří podle zastoupení C13 Izotopové složení O v biomase rostlin může napovědět hodně o její strategii hospodaření s vodou Z izotopového složení dešťové vody se dá zjistit, zda mrak přišel přímo od može, či zda obsahuje velké množství vody, která pochází z transpirace rostlinami

23 Fyzika, Chemie Molekul. biologie Buněčná biologie Fyziologie
oblast zájmu ekologie : _________________________________________________ Částice hmoty Atomy Molekuly Subbuněčné organely Buňka Tkáň Orgán Soustava orgánů Jedinec (1 druh) Prostorové vymezení: Populace (1 druh) (Demotop) Společenstvo (mnoho druhů) Biotop (habitat) Ekosystém Biom Bioregion Biosféra (Země) Fyzika, Chemie Molekul. biologie Buněčná biologie Fyziologie

24 Časová a prostorová měřítka
EP01040.jpg Gurewitch et al. 2002

25 Hierarchické uspořádání
Buňky skládají orgány, orgány jedince, jedinci populace, různé populace společenstvo, společenstvo s prostředím ekosystém, etc. Chování systému většinou vysvětlujeme pomocí chování jeho stavebních kamenů (chování populace vysvětlujeme chováním jedinců.které populaci skládají - ne pomocí jednotlivých buněk)

26 Popisná a funkční ekologie
Dobrý a jasný popis je základ (“pattern in space and time”) - často není triviálním problémem Popis struktury Popis dynamických jevů (Často není ostrá hranice)

27 Popis struktury Např. Jak se mění biomy cestou od rovníku k pólům
Jaká je prostorová struktura tropického lesa Jaká je potravní specializace hmyzu v různých lesích Jak se mění druhová bohatost na gradientu vlhkosti

28 Popis dynamiky Změny společenstev v sukcesi
Koloběh živin a tok energie v ekosystému

29 Funkční ekologie - odpovídá na otázku kauzality - proč, jakým mechanismem
Co umožňuje koexistenci druhů? Jak ovlivní zvýšení živin druhovou skladbu a proč? Ovlivní přítomnost herbivora druhové složení rostlinného společenstva a jak?

30 Pozorování a (manipulativní) pokus

31 Pozorování - důležitost opakovaných pozorování (Lake Mendota, Wisconsin)
EP01031.jpg

32 EP01032.jpg

33 EP01033.jpg

34 Většina ekologických jevů má stochastickou povahu
Jedno pozorování nic neřekne, potřebuji opakování Zajímá mě vždy nejen měřená hodnota, ale i její variabilita (organismy žijí v průměru, ale přežívají extrémy) Potřebuju statistiku

35 Mechanistická vysvětlení - potřebuji (manipulativní) experiment
Potlačuje americký invazní druh ostatní druhy ve společenstvu? - Tak to zkusím - odstraním ho z poloviny zkusných ploch Je společenstvo kontrolováno nabídkou potravy, nebo tlakem predátora - pokusím se manipulovat jak nabídku potravy, tak predační tlak

36 Chci vědět, jaký mají vliv mravenci na ostatní herbivory v tropickém lese? - Tak je odstraním (s patřičným opakováním a kontrolou).

37

38 Americký pepřovník přítomen
Pepřovník odstraněn

39 Postup vědeckého poznání podle:
The Ecology of Plants by Jessica Gurevitch, Samuel M. Scheiner, & Gordon A. Fox (2002)

40 “Drobné” problémy s experimenty
Logistická a morální omezení na pokusy Problém zobecnění na větší prosotrová a časová měřítka Každá manipulace má vedlejší účinky ALE: Některé experimenty za nás udělala příroda

41 Globální zemský ekosystém - největší metodický problém
James Lovelock: Gaia hypothesis cokoliv uděláte na jednom místě zeměkoule, může mít efekt někde jinde (i dost daleko) Nemáme opakování Děláme experimenty - ale nemáme kontrolu Dynamika “přirozeného pozadí” ztěžuje rozeznání následků našich manipulací Užitečnost studia geologické minulosti

42 Praktikum Terénní metody zaznamenávání složení populací a společenstev
Sraz je na vrátnici Branišovská Jde se do terénu, oblečení podle toho, za každého počasí!

43 Doporučená literatura
Begon M., J.L.Harper, C.R.Townsend, 1997 : Ekologie : Jedinci, populace a společenstva p. Vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc. (originál : Begon M., J.L.Harper, C.R.Townsend, 1990 : Ecology. Individuals, populations and communities p., Blackwell Sci.Publ., Oxford, UK.) – už existuje i novější vydání Štorch, D., S. Mihulka, 2000 : Úvod do současné ekologie p. Portál, Praha. ISBN Prach K., M. Štech, P. Říha 2009: Ekologie a rozšíření biomů na Zemi. Scientia, Praha