Az ökológia alapjai Az ökológia tárgya, vizsgálati szintjei, skálázási problémák
Az ökológia 10 szabálya • Az ökológia tudomány • Az ökológia csak az evolúció fényében érthető meg • Semmi sem történik a “faj érdekében” • A gének és a környezet egyformán fontosak • Az összetettség csak modellek alapján érthető meg • A mesélés veszélyes (a feltételezés nem tény) • A magyarázatok egymásra épülnek (hierarchia) • Az élőlényeket többféle tényező korlátozza • A véletlen nagyon jelentős (nem minden jelezhet előre) • Az ökológus sem mindentudó, neki is vannak korlátai
Előtörténet • Ókor – "ösztönös" ökológiai gondolkodás – Görög-római, zsidó-keresztény kultúrkör • egyedcentrikus, analitikus gondolkodás • A nyugati tudomány nagyrészt a redukcionizmuson alapul • a bonyolult rendszerek tulajdonságai alkotó elemeik tulajdonságai alapján megérthetők.
– Arisztotelész (Historia Animalium): • egerek, sáskák elszaporodása, pestisjárvány
– Biblia: sáskajárás – Keleti kultúrák • holisztikus - szupraindividuális gondolkodás • az erdő mint létezési-működési egység • egészben gondolkodás (holizmus)
Európa a középkortól • Részterületek törvényszerségeinek felismerése – – – –
Machiavelli (1525) népességszabályozás Graunt (1662): demográfia Leuwenhoek: populációdinamika Buffon állat- és növénypopulációk változásainak hasonlóságai – Malthus(1798): népesség és táplálék eltérő növekedése
• Fajok eredete és változása – Cuvier: paleontológiai alapok – E. Darwin, Lamarck, Wallace, Ch. Darwin: evolúció fajok versengése – Humbolt: asszociáció, a növényzet szélességi körök szerinti változása és zonalitás
XIX. század második felétől • Bradlay: növényi/állati produkció hasonlóságai, optimalizáció és optimális hozam • Forbes: társulástan alapjai hasonlóságok • Haeckel (1866): – ökológia: az élőlények és a környezet kapcsolatát vizsgáló tudományok – ökológia tárgya: adott területen együtt élő szervezetek kapcsolatai (1879)
• Möbius (1877): biocönózis fogalma • Clements(1916): a társulás = szuperorganizmus (ld. Gaia) • Adams (1917): ökológia = új természetrajz • Elton (1927): tudományos természetrajz • Matematikai megközelítés a XX. sz. elejétől
Új állatökológiai irányok • Összehasonlító élettan ökológiai élettan (autökológia) • Összehasonlító viselkedéstan (etológia) viselkedésökológia • Viselkedésökológia szociobiológia: – az evolúció alapelveinek alkalmazása az állatok szociális viselkedését meghatározó folyamatokra/jelenségekre.
Az ökológia fogalma • Zavaros, rossz és semmitmondó definíciók, pl.: – "az egyed és környezete viszonyával foglalkozó tudomány" – környezetbiológia – környezettudomány
•
Ökológia = háztartás tudomány (= ökonómia!) – oikos = otthon, ház, háztartás – logos = tudomány – ökológia = a természet gazdaságtana
•
Haeckel (?1866, 1869) – a természet gazdaságtanát (ökonómia) összefoglaló ismeretek "az ökológia azoknak a komplex viszonyoknak a tanulmányozása, amelyekre Darwin mint a létért folytatott harc feltételeire hivatkozott"
•
Elton (1927) – Az állatok és a növények szokásaikkal és élőhelyükkel összefüggésben való vizsgálata.
Az ökológia fogalma • Pontosabb definíciók – "Az ökológiai a biológiához, azon belül pedig az egyed fölötti (szupraindividuális) szerveződési szintekkel foglalkozó, szünbiológiához tartozó tudományág.” • azon jelenségeknek és tényezők a vizsgálata, amelyek a populációk és a populációkollektívumok tér-és időbeli mennyiségi eloszlását és viselkedését ténylegesen okozzák • a kivülről ható környezeti és a belülről fakadó tűrőképességi tényezők kapcsolatai.
• Juhász-Nagy Pál (JNP): – "koegzisztenciális kényszerfeltételek vizsgálata"; tér-idő szemlélet, holizmus – Az élőlények a környezetminőség indikátorai
Az ökológia tárgya: szerveződési szintek • INFRAINDIVIDUÁLIS – – – –
•
molekuláris sejtek szövetek szervek
INDIVIDUÁLIS – szervezetek
•
SZUPRAINDIVIDUÁLIS – populációk – életközösségek • társulások • ökoszisztémák • biómok
– bioszféra
Az ökológia tárgya • Szupraindividuális szintek: – kollektivizáció és individualizáció váltakozása: – Minőségileg új tulajdonságok megjelenése • • • • •
egyed az “egyén” populáció a homotipikus egyedek csoportja faj a többi fajtól elkülöníthető, egyedi társulás: együtt élő a fajokból keletkezik ökoszisztéma társulások és az abiotikus tényezők rendszere
• A szerveződés bonyolódásával – nő a modellek bizonytalansága, valószínűségi jellege – csökken az ismeret – új jellemzőkre (paraméter) van szükség: pl. sűrűség, koreloszlás, ivararány, fajszám, diverzitás stb.
Az ökológia tárgya • Az ökológia nem az egyedekkel foglalkozik – Az egyed környezethez való alkalmazkodása (autökológia) inkább az ökofiziológia körébe tartozik
• Ökológiai szempontból a populáció és az ökoszisztéma a legfontosabb vizsgálati egységek (szünokológia). • A szupraindividuális jelenségek elemi alapegysége a populáció – populációk létezési (egzisztenciális), – társulási (koegzisztenciális), valamint – elkülönülési (szegregációs) feltételei.
Az ökológia tárgya • A szupraindividuális rendszerek fejlődésének jellemzői: – az egyes szinteken összerendeződő új rendszernek olyan új sajátságai vannak, amilyenekkel az egyes elemek nem rendelkeznek. – a sokaság objektív létező • kellő számú, azonos minőség egyed halmazt alkot, amelynek viselkedése "független" az elemek minőségétől • a halmaz mozgása szükségszervé, az egyedeké pedig ehhez képest véletlenszervé válik • a valószínűségi összefüggés a szupraindividuális rendszerek fő jellemzője.
– a folyamatok statisztikailag valószínűsíthető folyamatok eredményei, determinisztikus függvényekkel nem írhatók le.
A központi kérdések – Centrális hipotézis (JNP): "Bárhol, bármikor, bármilyen populáció a természetben bármilyen mennyiségben megtalálható." • = az élőlények a Földön véletlenszeren helyezkednek el – NEM IGAZ! • Az ökológia kulcskérdései: – Hogyan jellemezhetők a tömörülések és ritkulások? deviációs alapkérdés – Mi okozza őket? kényszerfelétel alapkérdés • A mintázatot a külvilág (exteriőrkomplexum) és a belvilág (a populációk belső tulajdonságai, tűrőképessége = enteriőrkomplexum) összjátéka határozza meg. • A belvilág határozza meg, hogy a külvilágból mi és mennyire fontos a környezet a külvilág azon része, ami hat, a tolerancia (tűrőképesség) pedig a belvilág hatás alatt álló része.
•
R. McArthur: – Tudományt csinálni annyit tesz, mint a természet mintázatait keresni.
•
Ch. Krebs: – "Ökológia: Az eloszlás és a gyakoriság (bőség) kísérletes elemzése."
Természetes kiválasztás és rátermettség az ökológiában • Az élőlények tulajdonságai az evolúció során változnak • A fizikai és kémiai folyamatok jellege változatlan – az evolúció során változik annak módja/jellege, amit az élőlények az anyaggal és az energiával tesznek – adaptáció: a szerkezet és a működés változása • sikeres egyedek: túlélés, szaporodás, több utód • sikertelen egyedek: elhullás, nem szaporodás, kevesebb utód • eszközök: több utód vagy több szaporodás életstratégiák
•
Az egyedek változása következtében a belőlük álló csoport is változik: – populáció: egymással szaporodásra képes egyedek azonos időpontban azonos helyen élő csoportja – faj: Olyan egyedek populációja vagy populációsorozata, amelyek az egymással való szaporodásra képesek, de nem a más fajok egyedeivel való szaporodásra. (A faj a más populációkkal való szaporodástól elzárt populáció.)
Skálázási problémák • Az ökológiai folyamatok – eltérő szerveződési szinteken • egyed – populáció – ökoszisztéma – biom – bioszféra
– térben és • lokális – regionális – globális
– időben különböző léptékben mennek végbe • napi – szezonális – éves – több éves – évezredes – évmilliós
Skálázási problémák • A különböző szinteken és léptékekben létező jelenségek tulajdonságaikban rendkívül eltérőek – – más törvényszerűségek, – más modellek, – más elnevezések.
• A gazdálkodásnak ehhez kell igazodnia – minden problémát a maga szintjén kell megoldani, – DE ismerni kell a többi összefüggést
A gímszarvas elterjedése Magyarországon A gímszarvas populáció elterjedésének változása Bács-Kiskun megyében
A gímszarvas egyedek területhasználata
Egy egyed mozgáskörzete
Az ökológiai kutatás
Az ökológiai kutatás • Melyek az ökológiai rendszerek funkcióit jellemző közös alapelvek és a közöttük levő különbségek? • Mi a kérdés? – Mi történik? – Miért? – Hogyan?
• Az ökológusok a játékszabályokat keresik: – mi okozza a nagyobb fitness-t különböző helyeken, – a helyi szabályok: miért/hogyan vezetnek az adott helyen található mintázathoz és sűrűséghez. – modern ökológia • rendszerelmélet • evolúció-biológia
Az ökológiai kutatás • Módszerek – – – –
•
Megfigyelés és leírás. Hipotézis vagy magyarázat. Hipotézis tesztelése. Az általános ismeretek/tudás alkalmazása speciális esetekre.
Hipotézis: – elképzelés arra, hogyan működik a rendszer – Predikció: mi következik a hipotézisből (mi történik, ha igaz)
•
Kísérlet: – megerősíti – gyengíti – cáfolja a hipotézist.
•
Nem megbízható tudás – megfigyeléses tudomány
Alkalmazott ökológia • Az ökológiai elméletek alkalmazása az ökoszisztémák és természetes erőforrások kezelésben, a fenntartásban és a helyreállításban. – természetes területek kezelése/fenntartása
•
Alkalmazott ökológia – harmincas évek elejétől kezdett fejlődni • • • • •
vadgazdálkodás halászat talajtan erdészet kártevők szabályozása
– Előrejelző (prediktív) modellezés a populációk és az ökolszisztémák szintjén.
•
Új irányok az alkalmazott ökológiában: – – – –
konszervációs biológia (conservation biology) tájökológia (landscape ecology) resztrorációs ökológia (restration ecology) ökoszisztéma menedzsment
Vadbiológia és vadgazdálkodás = alkalmazott ökológia • Vadbiológia – a vadfajok és a környezetük közötti kapcsolatok megértése és – a gyakorlatban használható módszerek kidolgozása (alkalmazott állatökológia)
•
A vadgazdálkodás – A vadgazdálkodás a vadon élő állatok elterjedésének, állománynagyságának (sűrűségének) és az állomány minőségének befolyásolása – Beavatkozás a vadpopulációk dinamikájába és élőhelyébe.
•
A vadgazdálkodás céljai – vadvédelem kicsi/csökkenő állományok – vadállományok hasznosítása rendszeres növekedés – vadállományok szabályozása nagy/túlzottan növekvő kárt okozó állományok
