Informácie

46.1C: Štúdium dynamiky ekosystémov – biológia

46.1C: Štúdium dynamiky ekosystémov – biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Na štúdium dynamiky ekosystémov sa používa mnoho rôznych modelov vrátane holistických, experimentálnych, koncepčných, analytických a simulačných modelov.

Učebné ciele

  • Rozlišovať medzi koncepčnými, analytickými a simulačnými modelmi dynamiky ekosystémov a výskumnými štúdiami mezokozmu a mikrokozmu

Kľúčové body

  • Holistický model ekosystému kvantifikuje dynamiku celého ekosystému.
  • Vedci môžu použiť experimentálne systémy, ako sú mikrokozmy alebo mezokozmy, na štúdium ekosystémov v kontrolovaných laboratórnych podmienkach.
  • Koncepčný model používa vývojové diagramy na zobrazenie interakcií medzi živými a neživými zložkami ekosystému.
  • Analytický model používa jednoduché matematické vzorce na predpovedanie účinkov environmentálnych porúch na štruktúru a dynamiku ekosystému.
  • Simulačný model predpovedá účinky environmentálnych porúch pomocou zložitých počítačových algoritmov; sú zvyčajne pomerne spoľahlivými prediktormi.

Kľúčové pojmy

  • mezokozmu: malá časť prírodného prostredia, ktorá sa na experimentálne účely dostáva do kontrolovaných podmienok
  • mikrokozmos: umelý, zjednodušený ekosystém, ktorý sa používa na simuláciu a predpovedanie správania sa prirodzených ekosystémov za kontrolovaných podmienok

Výskum dynamiky ekosystémov: Experimentovanie a modelovanie ekosystémov

Dynamika ekosystémov je štúdium zmien v štruktúre ekosystémov spôsobených environmentálnymi poruchami alebo vnútornými silami. Dynamiku ekosystému merajú rôzne výskumné metodológie. Niektorí ekológovia študujú ekosystémy pomocou kontrolovaných experimentálnych systémov, zatiaľ čo niektorí študujú celé ekosystémy v ich prirodzenom stave; iní používajú oba prístupy.

Holistický model ekosystému

Holistický model ekosystému sa pokúša kvantifikovať zloženie, interakciu a dynamiku celých ekosystémov. Potravinová sieť je príkladom holistického modelu ekosystému, ktorý je najreprezentatívnejším z ekosystému v jeho prirodzenom stave. Tento typ štúdie je však obmedzený časom a nákladmi, ako aj jeho obmedzenou uskutočniteľnosťou na vykonávanie experimentov na veľkých prírodných ekosystémoch.

Experimentálne systémy

Z týchto dôvodov vedci skúmajú ekosystémy za viac kontrolovaných podmienok. Experimentálne systémy zvyčajne zahŕňajú buď rozdelenie časti prírodného ekosystému, ktorý možno použiť na experimenty, nazývané mezokozmos, alebo opätovné vytvorenie ekosystému úplne vo vnútornom alebo vonkajšom laboratórnom prostredí, ktoré sa nazýva mikrokozmos. Hlavným obmedzením týchto prístupov je, že odstránenie jednotlivých organizmov z ich prirodzeného ekosystému alebo zmena prirodzeného ekosystému prostredníctvom rozdelenia môže zmeniť dynamiku ekosystému. Tieto zmeny sú často spôsobené rozdielmi v počte druhov a diverzitou, ale aj zmenami prostredia spôsobenými rozdelením (mezokozmus) alebo opätovným vytvorením (mikrokozmos) prirodzeného biotopu. Tieto typy experimentov teda úplne nepredpovedajú zmeny, ktoré by nastali v ekosystéme, z ktorého boli získané.

Keďže oba tieto prístupy majú svoje obmedzenia, niektorí ekológovia naznačujú, že výsledky z týchto experimentálnych systémov by sa mali používať iba v spojení s holistickými štúdiami ekosystémov na získanie najreprezentatívnejších údajov o štruktúre, funkcii a dynamike ekosystému.

Modely ekosystémov

Vedci používajú údaje získané týmito experimentálnymi štúdiami na vývoj modelov ekosystémov, ktoré demonštrujú štruktúru a dynamiku ekosystémov. Vo výskume a správe ekosystémov sa rutinne používajú tri základné typy modelovania ekosystémov: koncepčné modely, analytické modely a simulačné modely.

Koncepčný model pozostáva z vývojových diagramov, ktoré zobrazujú interakcie rôznych zložiek živých a neživých zložiek ekosystému. Koncepčný model popisuje štruktúru a dynamiku ekosystému a ukazuje, ako environmentálne poruchy ovplyvňujú ekosystém, hoci jeho schopnosť predpovedať účinky týchto porúch je obmedzená.

Analytické a simulačné modely sú matematické metódy opisu ekosystémov, ktoré sú schopné predpovedať účinky potenciálnych environmentálnych zmien bez priameho experimentovania, aj keď s obmedzeniami v presnosti. Analytický model je vytvorený pomocou jednoduchých matematických vzorcov na predpovedanie účinkov environmentálnych porúch na štruktúru a dynamiku ekosystému.

Simulačný model je vytvorený pomocou zložitých počítačových algoritmov na holistické modelovanie ekosystémov a na predpovedanie účinkov environmentálnych porúch na štruktúru a dynamiku ekosystémov. V ideálnom prípade sú tieto modely dostatočne presné na to, aby určili, ktoré zložky ekosystému sú obzvlášť citlivé na poruchy. Môžu slúžiť ako návod pre manažérov ekosystémov (ako sú ochranári alebo biológovia rybolovu) pri praktickom udržiavaní zdravia ekosystémov.


Modelovacie prístupy k štúdiu mikrobiómu

Pokroky v sekvenovaní metagenómu ľudského mikrobiómu poskytli množstvo nových poznatkov a odhalili úzku súvislosť tohto komplexného ekosystému s celým radom ľudských chorôb. Existuje však málo vedomostí o tom, ako rôzni členovia mikrobiálnej komunity interagujú medzi sebou as hostiteľom, a chýba nám základné mechanické pochopenie týchto interakcií súvisiacich so zdravím a chorobami. Ukázalo sa, že matematické modelovanie je veľmi výhodné na získanie prehľadu o dynamike a interakciách zložitých systémov a v posledných rokoch bolo navrhnutých niekoľko prístupov k modelovaniu na zlepšenie nášho chápania mikrobiómu. Tu skúmame najnovší vývoj a súčasné prístupy a zdôrazňujeme, ako sa použili rôzne stratégie modelovania na odhalenie vysoko dynamickej povahy ľudského mikrobiómu. Okrem toho diskutujeme o súčasných obmedzeniach rôznych stratégií modelovania a poskytujeme pohľad na to, ako môže modelovanie zlepšiť pochopenie a ponúknuť nové spôsoby liečby, ktoré ovplyvňujú ľudské zdravie.


Georgia Institute of Technology School of Biological Sciences | Gruzínsky technologický inštitút | Atlanta, GA | Gruzínsky technologický inštitút | Atlanta, GA


Inauguračná trieda štipendistov Brook Byers Institute for Sustainable Systems (BBISS) Graduate Research Assistant (GRA) Scholars bola nedávno vybraná na 2-ročný program práce, štúdia a školenia ako interdisciplinárny výskumný tím udržateľnosti.


Alberto Stolfi sa spojil so Shu Jia, aby prepojili nový biologický objav s transformatívnou zobrazovacou technológiou. Liang Han a Costas Arvanitis budú skúmať zvukové, vibračné a bunkové membránové proteíny s cieľom vyvinúť neinvazívne nástroje neurovedy.


Nový výskum Georgia Tech zistil, že slony rozširujú svoje nozdry, aby vytvorili viac miesta v chobote, čo im umožňuje uložiť až 5,5 litra vody. Dokážu tiež vysať tri litre za sekundu – rýchlosť 30-krát rýchlejšiu ako človek.


Syntetická biológia: Vybudované stabilné ekosystémy

Spoločná kultivácia bakteriálnych buniek skonštruovaných pomocou obvodov snímania kvóra a samolýzy umožňuje spojenú oscilačnú dynamiku a stabilné stavy, čím otvára cestu k upraveným mikrobiálnym ekosystémom s cielenou dynamikou a rozširuje génové obvody na úroveň ekosystému.

Mikrobiálne ekosystémy sú charakterizované kooperatívnymi interakciami medzi druhmi, kde zmeny v populácii jedného druhu môžu pozitívne aj negatívne ovplyvniť ostatné. Jednou z dôležitých interakcií je súťaž o spoločnú esenciálnu živinu, kde princíp konkurenčného vylúčenia, tiež známy ako Gauseov zákon, uvádza, že neexistuje ustálený stav koexistencie. Mikrobiálne populácie tiež podliehajú tomuto zákonu, čo vedie k ťažkostiam pri udržiavaní stabilnej spoločnej kultúry požadovaných kmeňov. Koexistencia však môže nastať, ak dodatočné ekologické interakcie vytvárajú časové oscilácie, napríklad v dynamike predátor – korisť 1 . V tomto prípade je žiaduce najskôr dosiahnuť ustálený stav jednej kultúry pri zachovaní prítomnosti iných druhov. V tomto vydaní Mikrobiológia prírody, Scott a kol. 2 použiť techniky syntetickej biológie na vytvorenie ortogonálneho systému kontroly populácie bez neúmyselného prehovoru pre dva kmene Salmonella, čo umožňuje spojené oscilačné správanie a dlhodobú spoločnú kultiváciu dvoch populácií v rovnovážnom stave.


Integrácia ekológie pohybu s výskumom biodiverzity – skúmanie nových spôsobov riešenia časopriestorovej dynamiky biodiverzity

Pohyb organizmov je jedným z kľúčových mechanizmov formujúcich biodiverzitu, napr. rozloženie génov, jedincov a druhov v priestore a čase. Nedávny technologický a koncepčný pokrok zlepšil našu schopnosť posúdiť príčiny a dôsledky individuálneho pohybu a viedol k vzniku novej oblasti „ekológie pohybu“. Tu načrtneme, ako môže pohybová ekológia prispieť k širokej oblasti výskumu biodiverzity, teda k štúdiu procesov a vzorcov života na rôznych úrovniach, od génov po ekosystémy, a navrhujeme koncepčný rámec spájajúci tieto doteraz do značnej miery oddelené oblasti výskumu. Náš rámec stavia na koncepte ekológie pohybu pre jednotlivcov a demonštruje jej dôležitosť pre prepojenie individuálneho pohybu organizmu s biodiverzitou. Po prvé, pohyby organizmov môžu poskytovať „mobilné spojenia“ medzi biotopmi alebo ekosystémami, čím spájajú zdroje, gény a procesy medzi inak oddelenými lokalitami. Pochopenie týchto mobilných spojení a ich vplyvu na biodiverzitu uľahčí ekológia pohybu, pretože mobilné spojenia môžu byť vytvorené rôznymi spôsobmi pohybu (t. j. hľadaním potravy, rozptylom, migráciou), ktoré súvisia s rôznymi časopriestorovými mierkami a majú rozdielne účinky na biodiverzitu. Po druhé, organizačné pohyby môžu tiež sprostredkovať koexistenciu v komunitách prostredníctvom „vyrovnávajúcich“ a „stabilizačných“ mechanizmov. Tento nový integrovaný rámec poskytuje koncepčný východiskový bod pre lepšie pochopenie dynamiky biodiverzity vo svetle individuálneho pohybu a správania pri využívaní priestoru v časopriestorových mierkach. Ilustrovaním tohto rámca na príkladoch tvrdíme, že integrácia pohybovej ekológie a výskumu biodiverzity tiež zvýši našu schopnosť zachovať rozmanitosť na genetickej, druhovej a ekosystémovej úrovni.

Kľúčové slová: Ochrana biodiverzity Dynamika komunity Individuálne modelovanie Genetika krajiny Pohyb na veľké vzdialenosti Mobilné spojenia Koexistencia druhov.


Ekosystém: jeho štruktúra a funkcie (s diagramom)

Organizmus je vždy v stave dokonalej rovnováhy s prostredím. Environment doslova znamená okolie.

Životné prostredie sa vzťahuje na veci a podmienky okolo organizmov, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú život a vývoj organizmov a ich populácií.

„Ekosystém je komplex, v ktorom sú biotopy, rastliny a zvieratá považované za jednu zaujímavú jednotku, materiály a energiu jedného prechádzajú a vychádzajú z ostatných“ – Woodbury.

Organizmy a prostredie sú dva neoddeliteľné faktory. Organizmy interagujú navzájom a tiež s fyzikálnymi podmienkami, ktoré sú prítomné v ich biotopoch.

“Organizmy a fyzikálne vlastnosti biotopu tvoria ekologický komplex alebo stručnejšie ekosystém.” (Clarke, 1954).

Koncept ekosystému ako prvý predstavil A.G. Tansley (1935). Ekosystém je hlavnou ekologickou jednotkou. Má štruktúru aj funkcie. Štruktúra súvisí s druhovou diverzitou. Čím zložitejšia je štruktúra, tým väčšia je rozmanitosť druhov v ekosystéme. Funkcie ekosystému súvisia s tokom energie a kolobehom materiálov cez štrukturálne zložky ekosystému.

Podľa Woodburyho (1954) je ekosystém komplexom, v ktorom sú biotopy, rastliny a zvieratá považované za jednu zaujímavú jednotku, materiály a energiu jedného prechádzajú a vychádzajú z ostatných.

Podľa E.P. Odum, ekosystém je základná funkčná jednotka organizmov a ich prostredia, ktoré interagujú navzájom a so svojimi vlastnými zložkami. Ekosystém môže byť koncipovaný a študovaný v biotopoch rôznych veľkostí, napr. jeden štvorcový meter trávnatých plôch, bazén, veľké jazero, veľký les, vyvážené akvárium, určitá oblasť rieky a oceánu.

Všetky ekosystémy zeme sú navzájom prepojené, napr. riečny ekosystém je prepojený s ekosystémom oceánu a malý ekosystém mŕtvych kmeňov je súčasťou veľkého ekosystému lesa. Úplne sebestačný ekosystém sa v prírode vyskytuje len zriedka, ale môžu nastať situácie blížiace sa k sebestačnosti.

Štruktúra ekosystému:

Štruktúra ekosystému je v podstate popisom organizmov a fyzikálnych vlastností prostredia vrátane množstva a distribúcie živín v konkrétnom biotope. Poskytuje tiež informácie o rozsahu klimatických podmienok prevládajúcich v oblasti.

Z hľadiska štruktúry sa všetky ekosystémy skladajú z týchto základných komponentov:

1. Abiotické zložky:

Ekologické vzťahy sa prejavujú vo fyzikálno-chemickom prostredí. Abiotická zložka ekosystému zahŕňa základné anorganické prvky a zlúčeniny, ako je pôda, voda, kyslík, uhličitany vápenaté, fosforečnany a rôzne organické zlúčeniny (vedľajšie produkty organickej činnosti alebo smrti).

Zahŕňa aj také fyzikálne faktory a zložky ako vlhkosť, veterné prúdy a slnečné žiarenie. Žiarivá energia slnka je jediným významným zdrojom energie pre akýkoľvek ekosystém. Množstvo neživých zložiek, ako je uhlík, fosfor, dusík atď., ktoré sú prítomné v akomkoľvek danom čase, je známe ako stály stav alebo stojace množstvo.

2. Biotické zložky:

Biotické zložky zahŕňajú všetky živé organizmy prítomné v systéme životného prostredia.

Z hľadiska výživy možno biotické zložky rozdeliť do dvoch základných zložiek:

(i) autotrofné komponenty a

(ii) Heterotrofné zložky

Medzi autotrofné zložky patria všetky zelené rastliny, ktoré fixujú žiarivú energiu slnka a vyrábajú potravu z anorganických látok. Medzi heterotrofné zložky patria nezelené rastliny a všetky živočíchy, ktoré prijímajú potravu z autotrofov.

Takže biotické zložky ekosystému možno opísať v nasledujúcich troch hlavách:

1. Výrobcovia (autotrofné komponenty),

3. Rozkladače alebo redukcie a transformátory

Množstvo biomasy v akomkoľvek čase v ekosystéme je známe ako stojatá plodina, ktorá sa zvyčajne vyjadruje ako čerstvá hmotnosť, suchá hmotnosť alebo ako voľná energia v kalóriách/metre.

Výrobcovia (autotrofné prvky):

Producentmi sú autotrofné prvky – predovšetkým zelené rastliny. Využívajú žiarivú energiu slnka pri fotosyntetickom procese, pri ktorom sa asimiluje oxid uhličitý a svetelná energia sa premieňa na chemickú energiu. Chemická energia je v skutočnosti uzamknutá v energeticky bohatých uhlíkových zlúčeninách. Pri fotosyntéze sa ako vedľajší produkt vyvíja kyslík.

Toto pri dýchaní využíva všetko živé. Riasy a iné hydrofyty rybníka, poľné trávy, stromy lesov sú príkladmi producentov. Chemosyntetické baktérie a fialové baktérie nesúce karotenoid, ktoré tiež asimilujú CO2 s energiou slnečného svetla, ale len v prítomnosti organických zlúčenín tiež patria do tejto kategórie.

Pojem výrobca je zavádzajúci, pretože v energetickom kontexte výrobcovia vyrábajú sacharidy a nie energiu. Keďže premieňajú alebo premieňajú energiu žiarenia na chemickú formu, E.J. Kormondy navrhuje lepšie alternatívne výrazy ‘konvertory’ alebo ‘prevodníky’. Z dôvodu širokého používania sa pojem výrobca stále zachováva.

Tí živí členovia ekosystému, ktorí konzumujú potraviny syntetizované výrobcami, sa nazývajú konzumenti. V tejto kategórii sú zahrnuté všetky druhy zvierat, ktoré sa nachádzajú v ekosystéme.

Existujú rôzne triedy alebo kategórie spotrebiteľov, ako napríklad:

a) spotrebitelia prvého poriadku alebo primárni spotrebitelia,

b) spotrebitelia druhého rádu alebo druhotní spotrebitelia,

(c) spotrebitelia tretieho rádu alebo terciárni spotrebitelia a

d) Parazity, lapače a sapróby.

Ide o čisto bylinožravé zvieratá, ktoré sú svojou potravou závislé od producentov alebo zelených rastlín. Hmyz, hlodavce, králiky, jelene, kravy, byvoly, kozy sú niektoré z bežných bylinožravcov v suchozemskom ekosystéme a malé kôrovce, mäkkýše atď. vo vodnom prostredí. Elton (1939) pomenoval bylinožravce ekosystému ako “kľúčové priemyselné zvieratá”. Bylinožravce slúžia ako hlavný zdroj potravy pre mäsožravce.

b) Sekundárni spotrebitelia:

Ide o mäsožravce a všežravce. Mäsožravce sú mäsožravé zvieratá a všežravce sú zvieratá, ktoré sú prispôsobené na konzumáciu bylinožravcov, ako aj rastlín ako potravy. Príkladmi sekundárnych konzumentov sú vrabec, vrana, líška, vlci, psy, mačky, hady atď.

Toto sú špičkové mäsožravce, ktoré sa živia inými mäsožravcami, všežravcami a bylinožravcami. Za terciárnych alebo špičkových spotrebiteľov sa považujú levy, tigre, jastrab, sup atď.

d) Okrem rôznych tried spotrebiteľov patria medzi spotrebiteľov aj parazity, lapače a sapróby. Parazitické rastliny a živočíchy využívajú živé tkanivá rôznych rastlín a živočíchov. Scavengery a saproby využívajú ako potravu mŕtve zvyšky zvierat a rastlín.

Rozkladače a transformátory:

Rozkladače a transformátory sú živé zložky ekosystému a sú to huby a baktérie. Rozkladače útočia na mŕtve zvyšky výrobcov a konzumentov a rozkladajú zložité organické látky na jednoduchšie zlúčeniny. Jednoduché organické látky sú potom napadnuté iným druhom baktérií, transformátormi, ktoré menia tieto organické zlúčeniny na anorganické formy, ktoré sú vhodné na opätovné použitie pestovateľmi alebo zelenými rastlinami. Rozkladače a transformátory zohrávajú veľmi dôležitú úlohu pri udržiavaní dynamického charakteru ekosystémov.

Funkcia ekosystému:

Ekosystém je diskrétny štrukturálny, funkčný a život udržujúci environmentálny systém. Environmentálny systém pozostáva z biotických a abiotických zložiek v biotope. Biotická zložka ekosystému zahŕňa živé organizmy rastliny, zvieratá a mikróby, zatiaľ čo abiotická zložka zahŕňa anorganickú hmotu a energiu.

Abiotické zložky poskytujú matricu pre syntézu a udržiavanie organických zložiek (protoplazma). Procesy syntézy a udržiavania zahŕňajú výmenu energie a táto energia pochádza zo slnka vo forme svetla alebo slnečnej energie.

V každom ekosystéme teda máme tieto funkčné komponenty:

i) Anorganické zložky (vzduch, voda a minerálne soli)

ii) organizmy (rastliny, zvieratá a mikróby) a

(iii) Vstup energie, ktorá prichádza zvonka (slnko).

Tieto tri sa vzájomne ovplyvňujú a tvoria environmentálny systém. Anorganické zložky sú syntetizované do organických štruktúr zelenými rastlinami (prvotnými producentmi) prostredníctvom fotosyntézy a pri tomto procese sa využíva slnečná energia. Zelené rastliny sa stávajú zdrojom energie pre obnovu (bylinožravce), ktoré sa zase stávajú zdrojom energie pre mäsožravce (mäsožravce). Živočíchy všetkých typov rastú a pridávajú k svojej telesnej hmotnosti organickú hmotu a ich zdrojom energie je komplexná organická zlúčenina prijímaná ako potrava.

Sú známi ako druhotní výrobcovia. Všetky živé organizmy, či už rastliny alebo zvieratá v ekosystéme, majú určitú dĺžku života, po ktorej umierajú. Mŕtve organické zvyšky rastlín a živočíchov poskytujú potravu pre saprofytické mikróby, ako sú baktérie, huby a mnohé iné živočíchy. Sapróby nakoniec rozložia organickú štruktúru a rozbijú zložité molekuly a uvoľnia anorganické zložky do svojho prostredia.

Tieto organizmy sú známe ako rozkladače. Počas procesu rozkladu organických molekúl sa uvoľňuje energia, ktorá udržala anorganické zložky spojené vo forme organických molekúl, a rozptýli sa do okolia ako tepelná energia. Takže v ekosystéme energia zo slnka je vstup fixovaný rastlinami a prenášaný na živočíšne zložky.

Živiny sa odoberajú zo substrátu, ukladajú sa v tkanivách rastlín a živočíchov, cyklujú sa z jednej kŕmnej skupiny do druhej, uvoľňujú sa rozkladom do pôdy, vody a vzduchu a potom sa recyklujú. Ekosystémy fungujúce v rôznych biotopoch, ako sú púšte, lesy, pasienky a moria, sú na sebe navzájom závislé. Energia a živiny z jedného ekosystému si môžu nájsť cestu do iného, ​​takže v konečnom dôsledku sú všetky časti Zeme vzájomne prepojené, pričom každá obsahuje časť celkového systému, ktorý udržiava fungovanie biosféry.

Hlavné kroky fungovania ekosystému sú teda nasledovné:

(1) Príjem žiarivej energie slnka,

(2) Výroba organických materiálov z anorganických výrobcami,

(3) Spotreba výrobcov spotrebiteľmi a ďalšie spracovanie spotrebovaných materiálov a.

(4) Po smrti výrobcov a spotrebiteľov sa komplexné organické zlúčeniny odbúravajú a nakoniec pomocou rozkladačov a konvertorov premieňajú na formy, ktoré sú vhodné na opätovné využitie výrobcami.

Hlavné kroky vo fungovaní ekosystému zahŕňajú nielen produkciu, rast a odumieranie živých zložiek, ale ovplyvňujú aj abiotické aspekty biotopu. Teraz je jasné, že dochádza k prenosu energie a živín od výrobcov k spotrebiteľom a nakoniec na úrovne rozkladačov a transformátorov. Pri tomto prenose dochádza k progresívnemu znižovaniu energie, no živná zložka sa nezmenšuje a vykazuje kolobeh od abiotickej k biotickej a naopak.

Tok energie je jednosmerný. Dva ekologické procesy – tok energie a kolobeh minerálov, ktoré zahŕňajú interakciu medzi biotickými a abiotickými zložkami, ležia v srdci dynamiky ekosystému. Hlavné kroky a zložky ekosystému sú znázornené na Obr. 3.1.


Veľkosť a hustota populácie

Obrázok 1. Austrálske cicavce vykazujú typický inverzný vzťah medzi hustotou populácie a veľkosťou tela. Ako ukazuje tento graf, hustota obyvateľstva zvyčajne klesá so zvyšujúcou sa veľkosťou tela. Prečo si myslíte, že je to tak?

Populácie sú charakterizované veľkosťou populácie (celkový počet jedincov) a hustotou obyvateľstva (počet jedincov na jednotku plochy). Populácia môže mať veľký počet jedincov, ktorí sú rozmiestnení husto alebo riedko. Existujú aj populácie s malým počtom jedincov, ktoré môžu byť v miestnej oblasti husté alebo veľmi riedko rozmiestnené. Veľkosť populácie môže ovplyvniť potenciál adaptácie, pretože ovplyvňuje množstvo genetických variácií prítomných v populácii. Hustota môže mať vplyv na interakcie v rámci populácie, ako je súťaž o jedlo a schopnosť jednotlivcov nájsť si partnera. Menšie organizmy majú tendenciu byť hustejšie distribuované ako väčšie organizmy (obrázok 1).


Kvitne masívny planktón s veľmi odlišnými vplyvmi na ekosystém

"Veľkou záhadou planktónu je to, čo riadi jeho distribúciu a množstvo a aké podmienky vedú k veľkému kvitnutiu planktónu," povedal Dennis McGillicuddy, vedúci vedecký pracovník a vedúci oddelenia aplikovanej oceánskej fyziky a inžinierstva v oceánografickej inštitúcii Woods Hole (WHOI).

Dva nové články skúmajú túto otázku a poskytujú príklady podmienok, ktoré vedú k masívnemu kvitnutiu planktónu s výrazne odlišnými potenciálnymi vplyvmi na ekosystém, podľa McGillicuddyho, spoluautora oboch článkov. Oba dokumenty tiež poukazujú na dôležitosť používania pokročilých technológií - vrátane videoplanktónových rekordérov, autonómnych podvodných vozidiel a pobrežného priekopníckeho poľa iniciatívy Ocean Observatories Initiative - na nájdenie a monitorovanie týchto kvetov.

V jednom dokumente Diatom Hotspots Driven by Western Boundary Current Instability, publikovanom v r Geofyzikálne výskumné listy (GRL), vedci našli neočakávane produktívne podpovrchové rozkvety fytoplanktónu rozsievky.

V GRL výskumníci skúmali dynamiku riadenia primárnej produktivity v regióne stredoatlantického zálivu (MAB), jedného z najproduktívnejších morských ekosystémov na svete. V roku 2019 pozorovali neočakávané rozsievkové hotspoty v oblasti svahu eufotickej zóny zátoky, oceánskej vrstvy, ktorá dostáva dostatok svetla na fotosyntézu. Fytoplanktón sú fotosyntetické mikroorganizmy, ktoré sú základom vodnej potravinovej siete.

Pre výskumníkov bolo prekvapujúce, že horúce miesta sa vyskytli vo vode s vysokou slanosťou prenikajúcej z Golfského prúdu. „Zatiaľ čo sa predpokladá, že tieto prieniky vody z Golfského prúdu s nízkym obsahom živín potenciálne znižujú biologickú produktivitu, predkladáme dôkazy o neočakávane produktívnom podpovrchovom kvete rozsievky, ktorý je výsledkom priameho prenikania meandru Golfského prúdu smerom ku kontinentálnemu šelfu,“ poznamenávajú autori. Predpokladajú, že horúce miesta neboli poháňané povrchovou vodou z Golfského prúdu, ktorá má zvyčajne nízky obsah živín a chlorofylu, ale skôr že horúce miesta boli poháňané živinami stúpajúcimi do zóny slnečného žiarenia z hlbšej vody Golfského prúdu.

S meniacou sa stabilitou Golfského prúdu sa podľa výskumníkov v posledných desaťročiach stali prieniky z Golfského prúdu častejšie. "Tieto výsledky naznačujú, že zmena rozsiahlej cirkulácie má dôsledky pre regionálnu produktivitu, ktoré nie sú detekovateľné satelitmi na základe ich výskytu hlboko pod povrchom," poznamenávajú autori.

"V tomto konkrétnom prípade viedla meniaca sa klíma k zvýšeniu produktivity v tomto konkrétnom regióne v dôsledku jemnej a trochu neočakávanej interakcie medzi fyzikou a biológiou oceánu. Rovnaká dynamika nemusí nevyhnutne platiť inde v oceáne." a je dosť pravdepodobné, že ostatné oblasti oceánu budú časom menej produktívne. To vyvoláva veľké obavy,“ povedal McGillicuddy. "Budú existovať regionálne rozdiely v spôsobe, akým oceán reaguje na zmenu klímy. A spoločnosť musí byť schopná inteligentne sa riadiť z regionálneho hľadiska, nielen z globálneho."

Zistenie výskumu preukázalo "chladný, neintuitívny biologický vplyv tejto meniacej sa rozsiahlej cirkulácie," uviedol GRL hlavná autorka článku, Hilde Oliver, postdoktorandka v odbore aplikovaná oceánska fyzika a inžinierstvo na WHOI. Spomenula si, ako sledovala údaje prístroja. S typickými letnými hodnotami asi 1-1,5 mikrogramu chlorofylu na liter morskej vody výskumníci zaznamenali „neslýchané koncentrácie chlorofylu v tejto oblasti v lete“, až 12 alebo 13 mikrogramov na liter. , povedal Oliver.

Oliver, ktorého Ph.D. Zamerala sa na modelovanie, povedala, že plavba jej pomohla pozrieť sa na kvety fytoplanktónu z viac než teoretického zmyslu. "Vyjsť von do oceánu a vidieť, ako môže fyzika oceánu prejaviť tieto kvety v skutočnom svete, mi otvorilo oči," povedala.

Ďalší dokument, A Regional, Early Spring Bloom of Phaeocystis pouchetii on the New England Continental Shelf, publikovaný v Journal of Geophysical Research: Oceans (JGR: Oceans), tiež otvoril oči. Výskumníci skúmajúci biologickú dynamiku kontinentálneho šelfu Nového Anglicka v roku 2018 objavili obrovský rozkvet haptofytového fytoplanktónu Phaeocystis pouchetii.

Avšak na rozdiel od hotspotov rozsievky opísaných v GRL Phaeocystis je „nechutný pre množstvo rôznych organizmov a narúša celú potravinovú sieť,“ povedal Walker Smith, profesor na dôchodku vo Virginia Institute of Marine Science William and Mary, ktorý je hlavným autorom článku JGR: Oceans. Fytoplanktón tvorí želatínové kolónie s priemerom milimetrov.

Keď Phaeocystis kvitne, využíva živiny rovnako ako akákoľvek iná forma fytoplanktónu. Avšak na rozdiel od rozsievok uvedených v GRL papier, Phaeocystis premieňa biomasu na niečo, čo nemá tendenciu prejsť zvyškom potravinového reťazca, povedal McGillicuddy.

"Pochopenie fyzikálno-biologických interakcií v pobrežnom systéme poskytuje základ pre predpovedanie týchto výkvetov potenciálne škodlivých rias a môže viesť k lepšej predpovedi ich vplyvov na pobrežné systémy," uviedli autori.

Masívne rozkvety koloniálneho štádia tohto a podobných druhov boli zaznamenané v mnohých systémoch v rôznych častiach sveta, ktoré Smith študoval. Tieto druhy kvetov sa pravdepodobne vyskytujú približne každé tri roky na kontinentálnom šelfe Nového Anglicka a pravdepodobne majú dosť silný vplyv na vody Nového Anglicka, potravinové siete a rybolov, povedal Smith. Manažéri pobrežia potrebujú vedieť o týchto kvetoch, pretože môžu mať ekonomický vplyv na akvakultúru v pobrežných oblastiach, povedal.

„Napriek tomu, že stredoatlantický záliv bol dobre preštudovaný a rozsiahlo vzorkovaný, dejú sa veci, ktoré si stále veľmi nevážime,“ povedal Smith. "Jedným príkladom sú tieto kvety Phaeocystis, ktoré sú hlboko vo vode a ktoré nikdy neuvidíte, pokiaľ tam nebudete, pretože ich satelity nedokážu ukázať. Takže čím viac sa pozeráme, tým viac zisťujeme."


Misia a vízia

Vyhlásenie o vízii

Vykonávať ekosystémový výskum a hodnotenia živých morských zdrojov so zameraním na severovýchodný šelf s cieľom podporiť obnovu a dlhodobú udržateľnosť týchto zdrojov a vytvoriť sociálne a ekonomické príležitosti a výhody z ich využívania.

Ciele misie

Výskum a monitorovanie

Pochopiť a predvídať zmeny morských ekosystémov a ich subsystémov, ktoré ovplyvňujú živé morské zdroje, rybolov, biotopy, stav ekosystémov, produktivitu, akvakultúru a vytváranie čistých národných prínosov.

Vedecké poradenstvo

  • Vyvinúť a poskytnúť vedecký základ pre programy riadenia, ktoré majú rámec založený na ekosystéme.
  • Posilniť schopnosť spoločnosti reagovať na meniace sa podmienky ekosystému a riadiť riziká vývojom vedecky podložených rozhodovacích nástrojov.

Vzdelávanie a dosah

Zapojte sa a interagujte s jednotlivcami, partnermi, školami, komunitami a priemyselnými odvetviami s cieľom uľahčiť tok informácií, zabezpečiť koordináciu a spoluprácu a poskytnúť technickú pomoc pri riadení živých morských zdrojov a ich biotopov.

Ročná usmerňovacia správa

Náš riaditeľ každoročne usmerňuje aktivity, ktoré sa konajú každý rok. Stiahnite si aktuálnu výročnú správu s usmerneniami.


Otvorený výskum

Údaje použité v dynamických lineárnych modeloch sú k dispozícii od autorov na základe primeranej požiadavky.

Názov súboru Popis
fwb13707-sup-0001-FigS1.pdfPDF dokument, 9,1 kB Obr S1
fwb13707-sup-0002-FigS2.pdfPDF dokument, 8,1 kB Obr. S2
fwb13707-sup-0003-FigS3.pdfPDF dokument, 8,4 kB Obr. S3
fwb13707-sup-0004-FigS4.pdfPDF dokument, 8,4 kB Obr. S4
fwb13707-sup-0005-FigS5.pdfPDF dokument, 39,5 kB Obr. S5
fwb13707-sup-0006-FigS6.pdfPDF dokument, 32,6 kB Obr. S6
fwb13707-sup-0007-FigS7.pdfPDF dokument, 32,6 kB Obr. S7
fwb13707-sup-0008-FigS8.pdfPDF dokument, 33,4 kB Obr. S8
fwb13707-sup-0009-Supinfo.docx Dokument Word, 24,3 kB Doplnkový materiál

Upozornenie: Vydavateľ nezodpovedá za obsah ani funkčnosť akýchkoľvek podporných informácií dodaných autormi. Akékoľvek otázky (okrem chýbajúceho obsahu) by ste mali smerovať na príslušného autora článku.