Ekologie jako vědní obor Úvod, Předmět, Metodika

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)

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

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

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

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

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

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

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

Vliv velkých herbivorů v Austrálii (Tim Flannery: The future eaters) - HYPOTÉZA “Aborigines” zlikvidovali velké původní herbivory Austrálie (před 60 - 40 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

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…

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)

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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)

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)

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

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

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?

Pozorování a (manipulativní) pokus

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

EP01032.jpg

EP01033.jpg

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

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

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

Americký pepřovník přítomen Pepřovník odstraněn

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

“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

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

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

Doporučená literatura Begon M., J.L.Harper, C.R.Townsend, 1997 : Ekologie : Jedinci, populace a společenstva. - 949 p. Vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc. (originál : Begon M., J.L.Harper, C.R.Townsend, 1990 : Ecology. Individuals, populations and communities. - 960 p., Blackwell Sci.Publ., Oxford, UK.) – už existuje i novější vydání Štorch, D., S. Mihulka, 2000 : Úvod do současné ekologie. - 157 p. Portál, Praha. ISBN 80-7178-462-1. Prach K., M. Štech, P. Říha 2009: Ekologie a rozšíření biomů na Zemi. Scientia, Praha