Vznikající paradigma ekologie pohybu

author
10 minutes, 36 seconds Read

pohyb jednotlivých organismů, jeden z nejzákladnějších rysů života na Zemi, je klíčovou součástí téměř jakéhokoli ekologického a evolučního procesu, včetně hlavních problémů spojených s fragmentací stanovišť, změnou klimatu, biologickými invazemi a šířením škůdců a chorob. Bohatá rozmanitost režimů pohybu pozorovaných u mikroorganismů, rostlin a zvířat fascinuje lidstvo od nepaměti. Prorok Jeremiáš (7. století př. n. l.) například popsal časovou konzistenci v migračních vzorcích ptáků a Aristoteles (4. století před naším letopočtem) hledal společné rysy sjednocující pohyby zvířat (viz ref. 1).

moderní pohybový výzkum je však charakterizován širokou škálou specializovaných vědeckých přístupů, z nichž každý byl vyvinut k prozkoumání jiného typu pohybu prováděného konkrétní skupinou organismů (2). Kromě tohoto oddělení mezi typy pohybu a taxonomickými (nebo funkčními) skupinami se pohybový výzkum rozděluje do čtyř různých „paradigmat“, náhodných, biomechanických, kognitivních a optimálních přístupů (1), které jsou navzájem volně propojeny. Ačkoli pohybový výzkum je rozsáhlý a rychle roste (2), specializace Má své náklady: nástroje měření a analýzy jsou opakovaně objevovány a poučení z jedné linie výzkumu často neovlivňují ostatní. A co je nejdůležitější, chyběl nám soudržný rámec, který by sloužil jako sjednocující téma pro rozvoj obecné teorie pohybu organismu.

tento zvláštní rys je základem „pohybové ekologie“ jako sjednocujícího paradigmatu pro studium všech typů pohybu zahrnujících všechny organismy. Termín pohybová ekologie se v literatuře občas používá, hlavně s odkazem na ekologické interakce spojené s pohybem zvířat. Koncept ekologie pohybu, který je základem této speciální funkce, je však výrazně odlišný. Odkazuje na navrhované vědecké paradigma, které klade pohyb sám jako ústřední téma, a, poskytnutím sjednocujícího rámce a společných nástrojů, jeho cílem je podporovat rozvoj integrační teorie pohybu organismu pro lepší pochopení příčin, mechanismy, vzorce, a důsledky všech pohybových jevů.

tato speciální funkce je založena na mezinárodním projektu, který se konal v Institutu pro pokročilá studia (IAS) v Jeruzalémě v letech 2006 až 2007 (3). Tři z 12 příspěvků, které představují obecný koncepční rámec (1), Přehled literatury (2) a rámec pro generování a analýzu pohybových cest (4), jsou přímými produkty tohoto projektu IAS. Tři další příspěvky jsou spoluautory členů skupiny IAS; ilustrují aplikace navrhovaného koncepčního rámce pro rozptyl semen (5), hledání potravy a další pohyby slonů (6) a rozptýlení rysa (7). Zbývajících šest příspěvků bylo vyžádáno od jiných výzkumných skupin, aby se rozšířil rozsah této sbírky. Patří mezi ně teoretická práce o souvislosti mezi chováním potravy a statistickými vlastnostmi pohybových cest (8) a pět empirických studií o rozptýlení rostlin (9) a motýlů (10), navigaci lososů a mořských želv (11), migraci supů (12) a rozptýlení, shánění potravy a další pohyby losů (13). Holyoak a kol. (2) odhaduji, že za poslední desetiletí (1997-2006) se o hnutí hovořilo 26 000 dokumentů. Vzhledem k tomuto extrémně širokému rozsahu pohybové ekologie je poměrně rozmanité pokrytí typů pohybu a taxonomických skupin v této speciální funkci nevyhnutelně neúplné. Pro podporu integrace byli autoři požádáni, aby umístili svá díla do kontextu navrhovaného sjednocujícího tématu (1) a diskutovali o výhodách a nevýhodách tohoto přístupu.

obecný rámec zavedený Nathanem et al. (1) tvrdí, že k popisu mechanismů, které jsou základem pohybu všeho druhu, jsou zapotřebí čtyři základní složky: vnitřní stav organismu, který definuje jeho vnitřní motivaci k pohybu; pohybové a navigační schopnosti představující základní schopnost organismu pohybovat se a ovlivňovat, kde a kdy se pohybovat; a široká škála vnějších faktorů ovlivňujících pohyb. Na první pohled se zdá, že tento rámec je primárně použitelný pro samohybná vnímající zvířata, pro která je pochopitelná vnitřní motivace k pohybu a schopnost aktivně se pohybovat při rozhodování v reakci na informace o životním prostředí. Dvě studie v této speciální funkci (5, 9) však používají tento rámec pro zkoumání pohybu pasivně transportovaných organismů, které postrádají centrální nervový systém, jako jsou rostliny.

Damschen et al. (9) poskytnout nejzákladnější aplikaci pohybové ekologie pro studium dynamiky společenstev rostlin a klasifikovat druhy rostlin podle jediného kategorického parametru zobrazujícího režim rozptylu. Taková zjednodušení jsou často povinná, protože naléhavé obavy z ochrany brání podrobnému zkoumání mechanismů šíření u mnoha druhů. Zajímavé je, že předpokládané účinky fragmentace na dynamiku komunity byly podporovány u druhů rozptýlených ptáky, které byly podrobně studovány v tomto systému, ale ne u druhů rozptýlených větrem a „bez pomoci“, u nichž dosud nebylo zkoumáno rozptýlení. Wright et al. (5) parametrizovat mechanistický model rozptylu větru pro dva druhy tropických stromů a interpretovat ekologii pohybu z evolučního kontextu. Důležité je, že zjistili, že náhrady osudu osiva (potenciální důsledky rozptylu) se liší složitým způsobem s ohledem na atmosférické podmínky (vnější faktory), terminální rychlost osiva (pohybová kapacita) a načasování uvolňování osiva (navigační kapacita).

propojení procesů se vzory a význam měřítka

obecná výzva identifikace mechanismů, které jsou základem ekologických vzorců (14), je zvláště důležitá pro výzkum pohybu: musíme identifikovat fáze specifických režimů aktivity v pozorovaných pohybových cestách (1, 4) a odhalit základní mechanismy z jejich statistických vlastností. Tato speciální funkce ilustruje dva doplňkové způsoby řešení této výzvy. První, aplikovaný zde na zvířata (4) a rostliny (5), explicitně zobrazuje základní mechanismy a spojuje potenciální determinanty pohybových procesů s výslednými vzory. Druhý má opačný přístup: od vzorů k procesům. Bartumeus a Levin (8) kvantifikují intermitenci v pohybových vzorcích zvířat, která hledají, což naznačuje, že přechod mezi skenováním a přeorientováním by mohl odvodit například účinky omezeného vnímání a/nebo nerovnoměrné struktury prostředí. Wittemyer et al. (6) použijte techniky časové řady k odvození základních fází pohybu a formulujte hypotézy o hlavních vazbách, jako jsou vazby mezi averzí k riziku (lov člověka), sociální dominancí a sezónní dynamikou zdrojů, které jsou základem pohybů slonů.

hlavní výzvou ve výzkumu pohybu je explicitně propojit statistické vlastnosti pohybových vzorců se specifickými vnitřními rysy a / nebo chováním. Ekologie pohybu usnadňuje tuto integraci (1). Teoretické pokyny poskytnuté Getzem a Saltzem (4) a Bartumeusem a Levinem (8) musí být doplněny empirickými studiemi, které se hlouběji zabývají mechanistickými determinanty pohybu. Lohmann a kol. (11) navrhněte novou hypotézu o tom, jak se lososi a mořské želvy pohybují na velké vzdálenosti zpět do svého místa tření v podstatě nevýrazné oceánské krajině. Ovaskainen et al. (10) použít harmonickou radarovou techniku ke kvantifikaci drobných pohybů motýlů pocházejících z populací v souvislé krajině v Číně a Estonsku a z roztříštěné krajiny ve Finsku. Významné rozdíly v malých pohybech byly nalezeny pouze mezi motýly ze starých a nově založených populací ve Finsku, což naznačuje, že změna pohybové kapacity nebo vnitřního stavu činí motýly z nově založených populací mobilnějšími. Mandel et al. (12) analyzujte účinky atmosférických faktorů a topografie na migrační lety supů a zdůrazněte jejich závislost na podmínkách vysoké turbulentní kinetické energie (TKE) v atmosférické mezní vrstvě. Vysoká TKE byla také kritická pro rozptyl semen stromů na dlouhé vzdálenosti větrem (5).

v mnoha příspěvcích k tomuto zvláštnímu rysu byla zdůrazněna související klíčová výzva v ekologickém výzkumu, identifikace klíčových procesů formujících vzorce v různých prostorových a časových měřítcích (14). Lohmann a kol. (11) navrhovat navigaci v lososech a mořských Želvách závislou na měřítku, v níž geomagnetické a čichové otisky natálních oblastí vedou fázi rozsáhlé navigace magnetickým polem Země, po níž následuje navigace v malém měřítku řízená chemickými gradienty do konkrétních destinací. Fryxell et al.s (13) analýza pohybů losů napříč pěti řády v čase (minuty až roky) a prostoru (metry až stovky kilometrů) poskytuje jedno z nejkomplexnějších zkoumání pohybu na více časoprostorových stupnicích. Ukazují, že elk přepínají mezi dvěma nebo více režimy pohybu v každé zkoumané časoprostorové stupnici. Zdůrazňují výzvu objasnit základní složky rámce ekologie pohybu a jejich interakce, aby plně porozuměli pozorovaným pohybovým vzorcům.

úloha pohybu při určování ekologických a evolučních procesů

, jak je zdůrazněno v Damschen et al. (9), pohyb hraje důležitou, ale ne výlučnou roli při určování ekologických a evolučních vzorců. Měli bychom však mít na paměti tvrzení Daniela Janzena (jak je citováno v ref. 3) že „strašná spousta biologů pohodlně vystřihne svůj způsob myšlení, aby své problémy zjednodušila“. Pokrok v ekologii pohybu vyžaduje, aby studie populací, Společenství, a ekosystémy budou výslovně zvažovat pohyb. Nicméně, pohybový výzkum musí zvážit omezení a kompromisy spojené s jinými rysy historie života a měl by objasnit, jak procesy premovement a postmovement, jako je plodnost a usazování, interagují s pohybem a formují ekologické procesy a vzorce. Revilla a Wiegand (7) ilustrují aplikaci rámce ekologie pohybu k objasnění úlohy rozptýlení v dynamice populací rysů v prostorově strukturované krajině. Navrhují, že pohyb mezi náplastí a demografie uvnitř náplasti nelze považovat za samostatné entity, protože procesy narození a smrti ovlivňují pohybové chování jednotlivců a naopak.

potenciální budoucí směry

zavádění nových konceptů do jakékoli disciplíny se často setkává s odporem, jako součást zdokonalení a objasnění vznikajících paradigmat (15). Tato speciální funkce si klade za cíl připravit tento proces pro ekologii pohybu. Roste uznání potřeby porozumět a předvídat pohybové procesy, které řídí biologické invaze, šíření škůdců a chorob, a přetrvávání místních populací a celých druhů ve světle probíhajících globálních změn životního prostředí. V kombinaci s drastickým zlepšením naší schopnosti sledovat a analyzovat pohyb, doufáme, že ekologie pohybu připraví cestu pro rozvoj jednotné teorie organizmu pohybu. Ačkoli tato zvláštní vlastnost poskytuje pouze chuť mnohem širšího vědeckého podniku (2), doufáme, že pomůže urychlit vědecký pokrok při řešení našich nejnaléhavějších ekologických problémů, při dalším objasnění zde řešených výzkumných otázek a dalších důležitých otázek, jako jsou kolektivní pohyby skupin, rozsáhlá konektivita a pohyby mikroorganismů a lidí.

poděkování

děkuji Institutu pro pokročilá studia v Jeruzalémě za hostování a sponzorování naší skupiny a všem členům skupiny, návštěvníkům, studentům, autorům speciálních funkcí, recenzentům a editorům Jim Brownovi a Davidu Stopakovi za jejich pomoc, vhled a inspiraci.

poznámky pod čarou

  • ↵1E-mail: rnathan{at}cc.huji.ac.il
  • autor příspěvky: R.n. napsal papír.

  • autor nevyhlašuje žádný střet zájmů.

Similar Posts

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.