Et fremvoksende bevegelses økologi paradigme

author
8 minutes, 28 seconds Read

Bevegelse av individuelle organismer, en av de mest grunnleggende egenskapene i livet på Jorden, er en avgjørende komponent i nesten alle økologiske og evolusjonære prosesser, inkludert store problemer knyttet til habitatfragmentering, klimaendringer, biologiske invasjoner og spredning av skadedyr og sykdommer. Det rike utvalget av bevegelsesmoduser sett blant mikroorganismer, planter og dyr har fascinert menneskeheten siden uendelig tid. Profeten Jeremia (7. århundre f. KR.), for eksempel, beskrev den tidsmessige konsistensen i trekkmønstre av fugler, Og Aristoteles (4.århundre F. KR.) søkte etter fellesfunksjoner som forener dyrebevegelser (se ref. 1).

Moderne bevegelsesforskning er imidlertid preget av et bredt spekter av spesialiserte vitenskapelige tilnærminger, hver utviklet for å utforske en annen type bevegelse utført av en bestemt gruppe organismer (2). Utover denne separasjonen på tvers av bevegelsestyper og taksonomiske (eller funksjonelle) grupper, deler bevegelsesforskning seg i fire forskjellige «paradigmer», de tilfeldige, biomekaniske, kognitive og optimalitets tilnærmingene (1), som er løst knyttet til hverandre. Selv om bevegelsesforskning er omfattende og vokser raskt (2), har spesialisering sin kostnad: måle-og analyseverktøy blir gjentatte ganger gjenoppfunnet, og erfaringer fra en forskningslinje påvirker ofte ikke andre. Viktigst av alt manglet vi et sammenhengende rammeverk som ville tjene som et samlende tema for å utvikle en generell teori om organismebevegelse.

Denne Spesielle Egenskapen legger grunnlaget for «bevegelsesøkologi» som et samlende paradigme for å studere alle typer bevegelser som involverer alle organismer. Begrepet bevegelse økologi har blitt brukt av og til i litteraturen, hovedsakelig refererer til økologiske interaksjoner forbundet med dyr bevegelse. Imidlertid er bevegelses økologi konseptet som ligger til grunn for Denne Spesielle Funksjonen markant forskjellig. Det refererer til et foreslått vitenskapelig paradigme som plasserer bevegelsen selv som det sentrale temaet, og ved å gi et samlende rammeverk og felles verktøy, tar det sikte på å fremme utviklingen av en integrerende teori om organismebevegelse for bedre å forstå årsakene, mekanismene, mønstrene og konsekvensene av alle bevegelsesfenomener.

Denne Spesielle Funksjonen er basert på et internasjonalt prosjekt holdt Ved Institute For Advanced Studies (IAS) I Jerusalem fra 2006 til 2007 (3). Tre av de 12 bidragene, som presenterer et generelt konseptuelt rammeverk (1), en litteraturgjennomgang (2) og et rammeverk for å generere og analysere bevegelsesbaner (4), er direkte produkter av DETTE ias-prosjektet. Tre andre bidrag er medforfattet av IAS-gruppemedlemmer; de illustrerer anvendelser av det foreslåtte konseptuelle rammeverket for frøspredning (5), beite og andre bevegelser av elefanter (6), og spredning av gaupe (7). De resterende seks bidragene ble bedt om fra andre forskningsgrupper for å utvide omfanget av denne samlingen. Disse inkluderer en teoretisk artikkel om sammenhengen mellom foraging atferd og de statistiske egenskapene til bevegelsesbaner (8) og fem empiriske studier på spredning av planter (9) og sommerfugler (10), navigasjon av laks og havskilpadder (11), migrasjon av gribber (12), og spredning, foraging, og andre bevegelser av elg (13). Holyoak et al. (2) anslå at det siste tiåret (1997-2006) ≈26.000 papirer referert til bevegelse. På grunn av dette ekstremt brede omfanget av bevegelsesøkologi er den ganske varierte dekningen av bevegelsestyper og taksonomiske grupper i denne Spesielle Funksjonen uunngåelig ufullstendig. For å fremme integrering ble forfatterne bedt om å plassere sine arbeider i sammenheng med det foreslåtte samlende temaet (1) og diskutere fordeler og ulemper ved denne tilnærmingen.

det generelle rammeverket introdusert Av Nathan et al. (1) hevder at fire grunnleggende komponenter er nødvendig for å beskrive mekanismene bak bevegelse av alle slag: organismens indre tilstand, som definerer sin egen motivasjon til å bevege seg; bevegelses – og navigasjonskapasiteten representerer henholdsvis organismens grunnleggende evne til å bevege seg og påvirke hvor og når man skal bevege seg; og det brede spekteret av eksterne faktorer som påvirker bevegelsen. Ved første øyekast ser dette rammeverket ut til å være primært aktuelt for selvdrevne sentiente dyr, for hvilke den interne motivasjonen til å bevege seg og evnen til å bevege seg aktivt mens du tar beslutninger som svar på informasjon om miljøet, er forståelig. Men to studier i Denne Spesielle Funksjonen (5, 9) bruker dette rammeverket for å undersøke bevegelsen av passivt transporterte organismer som mangler et sentralnervesystem, for eksempel planter.

Damschen et al. (9) gi den mest grunnleggende anvendelsen av bevegelsesøkologi for å studere plantesamfunnsdynamikk, klassifisere plantearter i henhold til en enkelt kategorisk parameter som viser spredningsmodus. Slike forenklinger er ofte obligatoriske fordi presserende bevaringshensyn utelukker detaljerte undersøkelser av spredningsmekanismer for mange arter. Interessant nok ble de forventede effektene av fragmentering på samfunnsdynamikk støttet for fugledispergerte arter som ble studert i detalj i dette systemet, men ikke for vinddispergerte og» uassisterte » arter, for hvilke spredning ennå ikke er undersøkt. Wright et al. (5) parametrisere en mekanistisk vind spredning modell for to tropiske treslag, tolke bevegelsen økologi fra en evolusjonær sammenheng. Viktigere, de fant at surrogater av frø skjebne (de potensielle fitness konsekvensene av spredning) varierer på en komplisert måte med hensyn til atmosfæriske forhold (eksterne faktorer), frø terminal hastighet (bevegelseskapasitet), og tidspunktet for frø utgivelsen (navigasjon kapasitet).

Knytte Prosesser Til Mønstre Og Betydningen Av Skala

den generelle utfordringen med å identifisere mekanismene bak økologiske mønstre (14) er særlig relevant for bevegelsesforskning: vi må identifisere faser av spesifikke aktivitetsmoduser i observerte bevegelsesbaner (1, 4) og avdekke de underliggende mekanismene fra deres statistiske egenskaper. Denne Spesielle Funksjonen illustrerer to komplementære måter å løse denne utfordringen på. Den første, brukt her på dyr (4) og planter (5), viser eksplisitt de underliggende mekanismene og forbinder potensielle determinanter av bevegelsesprosesser med de resulterende mønstrene. Den andre tar motsatt tilnærming: fra mønstre til prosesser. Bartumeus og Levin (8) kvantifiserer intermittency i bevegelsesmønstre av dyr som søker, noe som tyder på at bryteren mellom skanning og omorientering kan utlede for eksempel effektene av begrenset oppfatning og/eller en ujevn miljøstruktur. Wittemyer et al. (6) bruk tidsserieteknikker for å utlede om grunnleggende bevegelsesfaser og formulere hypoteser om de store koblingene, for eksempel de mellom risiko (menneskelig jakt) aversjon, sosial dominans og sesongdynamikk av ressursene, som ligger til grunn for elefantbevegelser.

en stor utfordring i bevegelsesforskning er å eksplisitt knytte de statistiske egenskapene til bevegelsesmønstre til spesifikke interne egenskaper og / eller atferd. Bevegelsesøkologi letter denne integrasjonen (1). De teoretiske retningslinjene fra Getz Og Saltz (4) og Bartumeus og Levin (8) må suppleres med empiriske studier som dykker dypere inn i mekanistiske determinanter av bevegelse. Lohmann et al. (11) foreslå en ny hypotese om hvordan laks og havskilpadder navigerer lange avstander tilbake til gyteplassene sine i hovedsak særpregede havlandskap. Ovaskainen et al. (10) bruk den harmoniske radarteknikken til å kvantifisere småskala bevegelser av sommerfugler som stammer fra populasjoner i kontinuerlige landskap i Kina og Estland og fra fragmenterte landskap i Finland. Signifikante forskjeller i småskala bevegelser ble funnet bare mellom sommerfugler fra gamle og nyetablerte populasjoner I Finland, noe som tyder på at variasjon i bevegelseskapasitet eller intern tilstand gjør sommerfugler fra nyetablerte populasjoner mer mobile. Mandel et al. (12) analyser effekten av atmosfæriske faktorer og topografi på trekkflyvninger av gribber, og legg vekt på deres avhengighet av høy turbulent kinetisk energi (TKE) forhold i atmosfærisk grenselag. Høy TKE var også kritisk for langdistanse vindspredning av trefrø (5).

en beslektet hovedutfordring i økologisk forskning, som identifiserte de viktigste prosessene som danner mønstre på forskjellige romlige og tidsmessige skalaer (14), ble vektlagt i mange bidrag til denne Spesielle Funksjonen. Lohmann et al. (11) foreslå skalaavhengig navigasjon i laks og havskilpadder, hvor geomagnetiske og olfaktoriske avtrykk av natalområdene styrer en fase med storskala navigasjon av Jordens magnetfelt, etterfulgt av småskala navigasjon styrt av kjemiske gradienter til bestemte destinasjoner. Fryxell et al.s (13) analyse av elgbevegelser over fem størrelsesordener i tid (minutter til år) og rom (meter til hundrevis av kilometer) gir en av de mest omfattende undersøkelsene av bevegelse på flere romfartskalaer. De viser at elg bytte mellom to eller flere bevegelsesmoduser på hver spatiotemporal skala undersøkt. De understreker utfordringen med å belyse de grunnleggende komponentene i bevegelsesøkologirammen og deres samspill for å forstå de observerte bevegelsesmønstrene fullt ut.

Bevegelsens Rolle I Å Bestemme Økologiske Og Evolusjonære Prosesser

som understreket I Damschen et al. (9), bevegelse spiller en viktig, men ikke eksklusiv, rolle i å bestemme økologiske og evolusjonære mønstre. Vi bør imidlertid være oppmerksom På Daniel Janzens påstand (som sitert i ref. 3) at «en forferdelig masse biologer trimmer seg ut av deres måte å tenke på for å gjøre sine problemer enklere». Fremgang i bevegelsesøkologi krever at studier av populasjoner, samfunn og økosystemer vil vurdere bevegelse eksplisitt. Imidlertid må bevegelsesforskning vurdere begrensninger og avvik knyttet til andre livshistorie egenskaper og bør belyse hvordan premovement og postmovement prosesser som fecundity og etablering samhandle med bevegelse for å forme økologiske prosesser og mønstre. Revilla og Wiegand (7) illustrerer en anvendelse av movement ecology framework for å belyse spredningens rolle i dynamikken i gaupepopulasjoner i romlig strukturerte landskap. De foreslår at mellom-patch bevegelse og innen-patch demografi ikke kan betraktes som separate enheter, fordi fødsel-død prosesser påvirker bevegelse atferd av enkeltpersoner og vice versa.

Potensielle Fremtidige Retninger

Innføring av nye konsepter i en hvilken som helst disiplin blir ofte møtt med motstand, som en del av raffinering og klargjøring av nye paradigmer (15). Denne Spesielle Funksjonen tar sikte på å ruste opp denne prosessen for bevegelsesøkologi. Det er en økende anerkjennelse av behovet for å forstå og forutsi bevegelsesprosesser som driver biologiske invasjoner, spredning av skadedyr og sykdommer, og vedvarende lokale befolkninger og hele arter i lys av pågående globale miljøendringer. Kombinert med drastiske forbedringer i vår evne til å spore og analysere bevegelse, er det håpet at bevegelsesøkologi vil bane vei for å utvikle en enhetlig teori om organismebevegelse. Selv om Denne Spesielle Funksjonen bare gir en smak av et mye bredere vitenskapelig foretak (2), håper vi at det vil bidra til å akselerere vitenskapelig fremgang i å løse våre mest presserende økologiske problemer, ved ytterligere å belyse forskningsspørsmålene som er adressert her og andre viktige problemer som kollektive bevegelser av grupper, storskala tilkobling og bevegelser av mikroorganismer og mennesker.

Takk

Jeg takker Instituttet For Avanserte Studier I Jerusalem for å være vert for og sponse vår gruppe, og alle gruppemedlemmer, besøkende, studenter, Spesialforfattere, anmeldere Og redaktører Jim Brown og David Stopak for deres hjelp, innsikt og inspirasjon.

Fotnoter

  • ↵1E-post: rnathan{at}cc.huji.ac.il
  • Forfatterbidrag: R. N. skrev papiret.

  • Forfatteren erklærer ingen interessekonflikt.

Similar Posts

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.