Alapelvek és elméletek szerepe és haszna a terepi kutatásban Botta-Dukát Zoltán MTA Ökológiai Kutatóközpont 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém.

Az előadások a következő témára: "Alapelvek és elméletek szerepe és haszna a terepi kutatásban Botta-Dukát Zoltán MTA Ökológiai Kutatóközpont 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém."— Előadás másolata:

1 Alapelvek és elméletek szerepe és haszna a terepi kutatásban Botta-Dukát Zoltán MTA Ökológiai Kutatóközpont 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

2 Theory Based Ecology Group http://tbe.elte.hu 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

3 The grand aim of all science is to cover the greatest number of empirical facts by logical deduction from the smallest number of hypotheses or axioms. (Albert Einstein) 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

4 Az ökológia „soft science”? 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

5 A tudomány kizárólag fizika: minden más csupán bélyeggyűjtés. (Ernest Rutherford) 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

6 78 különböző ökológiai elméletet találtak …

7 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Life History Theory Optimal Foraging Metabolic Theory Competition Island Biogeography Niche Theory Neutral Theory

8 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém … de többségük ritka, és nem mind valódi elmélet – several “theories” are actually specific hypotheses or models The richness of theories in ecology is illusory.

9 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Efficient theories should be built, as much as is possible, on first principles. First principles are quantitative law-like postulates about processes underlying a given class of phenomena. They allow unifying connections across the entire realm of science Their application lead logically to the structure of the theory and to a priori predictions.

10 „Before we can demand of ecologists that they develop theory from first principles, we must identify what those ecological first principles are.” Houlahan, J. E. et al. (2015): On Theory in Ecology: Another Perspective. BioScience 64: 341-342 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

11 Matematika Mindent axiómákból vezetünk le Az elmélet keretein belül nem vizsgáljuk az igazságukat… … de helyettesíthetők más axiómákkal 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

12 Fizika Általánosan érvényes törvények: – Megmaradási törvények – Zárt rendszer entrópiája nem csökken Ha egy elmélet ellentmond ezeknek, akkor „gyanús” Ha a mérési adatok ellentmondanak, azt gondoljuk, hogy rossz a mérés 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

13 Darwin-i ökológia A tények morzsáit gyűjtögető „detektív”? Inkább zseniális elméletalkotó! 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

14 Darwin-i ökológia Nem csak az evolúcióról szól A 3. és 4. fejezet tele van ökológiával Kiolvasható belőle 7 alapelv Ezek egyformán érvényesek a természetes szelekcióra és az ökológiára 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

15

16 Populáció Legyen akkora, hogy a dinamikát a születés és a halálozás határozza meg Ki- és bevándorlás ehhez képest legyen elhanyagolható Forrás és nyelő foltok  szubpopulációk egy populáción belül 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

17 Strukturált populációk Az egyedek túlélése és termékenysége eltérő – kor – méret – fejlődési állapot – élőhelyfolt (pl. forrás/nyelő) – egyéb – mindezek kombinációi szerint 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

18 Exponenciális növekedés Szükségszerű, ha a termékenység és a halálozás nem denzitásfüggő Nem „rontja el”: – demográfiai sztochaszticitás – fluktuáló környezet – strukturált populáció 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

19 Populáció reguláció Ha az átlagos növekedési ráta pozitív, akkor végtelen nagy lesz a populáció mérete Ha negatív, akkor kihal Véletlenül nem lesz pont nulla 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Brook & Bradshaw 2006 - Ecology 87: 1445-1451.

20 Kompetitív kizárás Ha egy reguláló tényező van, akkor van egy „legerősebb kompetítor”, aki mindenkit kiszorít Fluktuáló környezet nem változtatja ezt meg, és nem is lassítja le a kiszorulást 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Chesson & Huntly 1997 - The American Naturalist 150: 519-553. Fox 2013 – TREE 28: 86-92

21 Miben segít a (jó) elmélet? 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

22 „…mint az emberek a sót!” 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

23 Tisztább fogalmak 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

24 Abiotikus és biotikus környezeti tényezők helyett, … … reguláló és módosító változók 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

25 Kell ennyi féle niche? Hutchinson-i niche Grinnel-i niche Elton-i niche „lakcím” niche „foglakozás” niche requirement niche functional niche 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

26 Ökológiai tolerancia Hol fordulhat elő a faj? Ahol a kezdeti növekedési rátája pozitív! Kezdeti = olyan körülmények között, ami a faj hiányában lenne. A reguláló tényezők tekintetében ez nyilván kedvezőbb, mint a faj jelenlétében mérhető (több forrás, kevesebb ragadozó stb.) A kompetítorokat nem kell figyelembe venni, HA a reguláló változókat bevettük a modellbe 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

27 Niche Az együttélő fajoknak különbözniük kell a reguláció módjában Complete competitors CAN coexist, ha egyébként is teljesen egyformák Finomhangolással sok faj együtt tud élni egy modellben Minél inkább különböznek a fajok a regulációban, annál robosztusabb az együttélés 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

28 Mit mérjünk? 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

29 A Tyria jacobae rágásának hatása McEvoy, P. B.; Rudd, N. T. ; Cox, C. S. & Huso, M. 1993. Disturbance, Competition, and Herbivory Effects on Ragwort Senecio Jacobaea Populations. Ecological Monographs 63:55- 75

30 Van megoldás a bonyolult esetekre is! 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Campbell Grant et al. 2010 - PNAS 107: 6936-40 Jongejans et al. 2008 - Plant Ecology 198: 225-40.

31 Márix populációs modellek Kiszámolható a növekedési ráta Becsülhető a komponensek fontossága Kísérletek kiértékelése: LTRE módszerrel Természetvédelmi kezelések tervezésében is segít 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

32 A texas gramma denzitásfüggése Fowler 1986 - Ecology 67: 545-54 – A növekedési ráta komponenseit külön vizsgálta – Gyenge denzitás-függést talált Fowler et al. 2006 - Ecology 87: 655-64 – Kiszámították a növekedési rátát, ami erősen denzitásfüggő 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

33 Két opció a Lichenostomus melanops cassidix (Helmeted Honeyeater) populáció megmentésére: Etetés + fészekvédő felszerelése  nagyobb fertilitás Új élőhelyek kialakítása  nagyobb túlélés vital rate (a) sensitivity (sens) elasticity change in the vital rate (  a) cost of the action ($) cost of increasing by 0.1 ($) fecundity0.57740.21130.1798.750.057741383 survival1.07740.78870.1125000.1077411602 Baxter et al. 2006 - Conservation Biology 20: 893–905 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

34 Mik a reális hipotézisek? 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

35

36 Tulajdonság alapú társulási szabályok Nem tesztelendő hipotézis, hogy van-e korlátozott hasonlóság és környezeti szűrő A valódi kérdés, hogy milyen tulajdonságokra hatnak és ennek milyen a környezetfüggése Reklám: Reklám: poszterünkön eredmények ezzel kapcsolatban 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

37 Tulajdonság alapú társulási szabályok Környzeti szűrő  tulajdonságok konvergenciája Korlátozott hasonlóság  tulajdonságok divergenciája Aszimmetrikus kompetíció, „Weaker competitor exclusion”  tulajdonságok konvergenciája? 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Grime 2006. - Journal of Vegetation Science 17: 255–260. Mayfield & Levine 2010. - Ecology Letters 13: 1085–1093.

38 Aszimmetrikus kompetíció a fényért 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Kohyama & Takada 2009. - J. Ecol. 97: 463-71.

39 Aszimmetrikus kompetíció a helyekért Kompetíció-kolonizáció csereviszony 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Cadotte 2007 – Proc. R. Soc. B 274: 2739–2744

40 A fluktuáció valódi szerepét lehet vizsgálni A fluktuáló környezet lehetőséget teremt az eltérő regulációra 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Adler et al. 2006 - PNAS 103: 12793-98.

41 A trópusok bölcső vagy múzeum? 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Rolland et al. 2014 - PLoS Biol 12(1): e1001775

42 Species-energy hypothesis Több bejövő energia  nagyobb speciációs ráta  több faj 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

43 A valóság A nettó speciációs ráta diverzitásfüggő, mert egyébként a fajszám exponenciálisan nőne Nincs értelme egy időpontbeli vagy egy időszakra átlagos értéket számolni, figyelmen kívül hagyva a diverzitásfüggést 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém MacArthur 1969. - Biological Journal of the Linnean Society 1: 19-30

44 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém Rabosky & Glor 2010. - PNAS 107: 22178-83.

45 Fegyelmezett gondolkodás (Grime vs Tilman) 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

46 Attitűd Grime: zseniális intuíció, naturalist tereptudás, egy szűkebb régió minden fajára érvényes kategorizálás Tilman: modellek, fegyelmezett gondolkodás, általánosan érvényes kategorizálás az élőhely uralkodó fajaira 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

47 Kompetíció erőssége Grime: alacsony produktivitásnál gyenge a kompetíció Tilman: a föld alatti/föld feletti kompetíció relatív fontossága változik a produktivitással 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

48 Milyen stratégiájúak a fák? Grime: S vagy SC Tilman: a C stratégia legtipikusabb képviselői 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

49 Elmélet ≠ megfigyelés Négy „hibás” elméleti előrejelzés: 1.Uránusz pályája… … mert még nem ismerték a Neptunuszt 2.Uránusz pályája, ha a Neptunusz hatását is figyelembe vesszük … … mert rosszul becsülték meg a Neptunusz tömegét 3.Merkúr pályája a Nap közelében… … mert a relativitáselméletet kell alkalmazni, nem elég a Newton-i közelítés 4.Pioneer űrszondák pályája … … mert nem vették figyelembe a kisugárzott hőt 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

50 Záró üzenet Az elővilág sokszínű  nem az az elmélet célja, hogy néhány (minél kevesebb) számmal leírjuk Ismernünk kell az élőlényeket  mérjük a paramétereket Az elmélet segít abban, hogy okosan mérjünk és értelmezzük a méréseinket 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém

51 Az elmélet alapú ökológia „fizika” és nem „bélyeggyűjtés” Köszönöm a figyelmet! 10. Magyar Ökológus Kongresszus, Veszprém