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 v atmosféře 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… Věta „Ekologové tvrdí, že…“ je novinářské klišé, významu obvykle mdlého

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 možná zemědělství – ale předtím lov a sběr také vycházely z ekologických znalostí (dnes třeba Papuánci) 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, např. 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; bez Darwina můžeme popisovat, ale ne pochopit Taxonomie a fylogenetika Fyziologie Molekulární biologie a další

Molekulární metody (např.): Využitím metod z jiných oborů výrazně rozšiřuje okruh otázek, na které se můžeme ptát Molekulární metody (např.): 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 Odkud se druh do střední Evropy dostal Jak jsou si druhy ve společenstu příbuzné Sekvence z organického materiálu v žaludku mi řeknou, co živočich jedl

Využití metod z jiných oborů výrazně rozšiřuje okruh otázek, na které se můžeme ptát Stabilní izotopy Klasické je určování stáří podle zastoupení 14C Izotopové složení C a 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 moře, 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 Pozn. Minimálně A patří spíš do fyziologie, než ekologie, ale hranice jsou neostré 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) Všimněte si centrální role experimentů

“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 Sraz je na vrátnici Branišovská Jde se do terénu, oblečení podle toho, za každého počasí!