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 Plantsby 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 vědaMusí 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

oblast zájmu ekologie : _________________________________________________

Částice hmotyAtomy MolekulySubbuněčné organelyBuňkaTkáňOrgán Soustava orgánůJedinec (1 druh) Prostorové vymezení: Populace (1 druh) (Demotop)Společenstvo (mnoho druhů) Biotop (habitat)

EkosystémBiom BioregionBiosféra (Země)

Fyzika, ChemieMolekul. biologie

Buněčná biologie

Fyziologie

Časová a prostorová měřítka

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)

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 Plantsby 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