44.1 Viðfangsefni vistfræðinnar
44.1 Viðfangsefni vistfræðinnar
Námsmarkmið
Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:
Vistfræði er rannsókn á samskiptum lífvera við umhverfi sitt. Eitt meginmarkmið vistfræðinnar er að skilja útbreiðslu og fjölda lífvera í hinu efnislega umhverfi. Til að ná þessu markmiði þarf að samþætta vísindagreinar innan og utan líffræðinnar, svo sem stærðfræði, tölfræði, lífefnafræði, sameindalíffræði, lífeðlisfræði, þróunarfræði, rannsóknir á líffræðilegum fjölbreytileika, jarðfræði og loftslagsfræði.
Tengill í námsefni
Loftslagsbreytingar geta breytt því hvar lífverur lifa og það getur stundum haft bein áhrif á heilsu manna. Horfðu á PBS-myndbandið „Feeling the Effects of Climate Change“ þar sem vísindamenn uppgötva sýkil langt utan eðlilegs útbreiðslusvæðis síns.
Stig vistfræðilegra rannsókna
Þegar fræðigrein á borð við líffræði er rannsökuð er oft gagnlegt að skipta henni niður í smærri, skyld svið. Til dæmis þurfa frumulíffræðingar sem hafa áhuga á frumuboðskiptum að skilja efnafræði boðsameindanna, sem eru yfirleitt prótein, og afleiðingar boðskiptanna. Vistfræðingar sem hafa áhuga á þáttum sem hafa áhrif á afkomu tegundar í útrýmingarhættu gætu notað stærðfræðilíkön til að spá fyrir um hvernig núverandi verndaraðgerðir hafa áhrif á lífverur í útrýmingarhættu.
Til að móta traustar stjórnunartillögur þarf náttúruverndarlíffræðingur að safna nákvæmum gögnum, þar á meðal um núverandi stofnstærð, þætti sem hafa áhrif á æxlun, svo sem lífeðlisfræði og atferli, búsvæðiskröfur, svo sem plöntur og jarðveg, og hugsanleg áhrif manna á stofninn í útrýmingarhættu og búsvæði hans. Slík áhrif má meðal annars rannsaka með aðferðum félagsfræði og borgarvistfræði. Innan vistfræðinnar vinna rannsakendur á fjórum almennum stigum sem skarast stundum. Þessi stig eru lífvera, stofn, samfélag og vistkerfi (Mynd 44.2).
Lífveruvistfræði
Rannsakendur sem skoða vistfræði á lífverustigi hafa áhuga á aðlögunum sem gera einstaklingum kleift að lifa í tilteknum búsvæðum. Þessar aðlaganir geta verið formfræðilegar, lífeðlisfræðilegar eða atferlislegar. Til dæmis er Karner-bláfiðrildið (Lycaeides melissa samuelis) (Mynd 44.3) talið sérhæfð tegund vegna þess að kvendýrin verpa eggjum eingöngu á villta lúpínu (Lupinus perennis). Þessi sérstaka krafa og aðlögun þýðir að Karner-bláfiðrildið er algjörlega háð því að villt lúpína sé til staðar til að lifa af.
Eftir klak skríða lirfur á fyrsta lirfustigi út og verja fjórum til sex vikum í að nærast eingöngu á villtri lúpínu (Mynd 44.4). Lirfurnar púpast og mynda púpu til að ganga í gegnum lokastig myndbreytingarinnar og koma fram sem fiðrildi eftir um fjórar vikur. Fullorðnu fiðrildin nærast á blómasafa villtrar lúpínu og annarra plöntutegunda, svo sem silkijurta. Yfirleitt koma fram tvær kynslóðir Karner-bláfiðrilda á ári.
Rannsakandi sem vill rannsaka Karner-bláfiðrildi á lífverustigi gæti, auk þess að spyrja um kröfur til eggjavarps, spurt um kjörhitastig brjósthluta fiðrildanna við flug, sem er lífeðlisfræðileg spurning, eða um atferli lirfanna á mismunandi lirfustigum, sem er atferlisfræðileg spurning.
Stofnvistfræði
Stofn er hópur lífvera af sömu tegund sem æxlast innbyrðis og lifa á sama svæði á sama tíma. Lífverur sem tilheyra sömu tegund kallast einstaklingar sömu tegundar. Stofn er meðal annars skilgreindur eftir því hvar hann lifir og útbreiðslusvæði stofnsins getur haft náttúruleg eða manngerð mörk. Náttúruleg mörk geta verið ár, fjöll eða eyðimerkur, en manngerð mörk geta verið slegið gras, mannvirki eða vegir. Stofnvistfræði beinir sjónum að fjölda einstaklinga á svæði og að því hvernig og hvers vegna stofnstærð breytist með tímanum.
Stofnvistfræðingar hafa til dæmis sérstakan áhuga á að telja Karner-bláfiðrildi vegna þess að tegundin er flokkuð sem tegund í útrýmingarhættu samkvæmt alríkislögum Bandaríkjanna. Útbreiðsla og þéttleiki þessarar tegundar ráðast þó mjög af útbreiðslu og magni villtrar lúpínu og af lífeðlisfræðilegu umhverfi hennar. Rannsakendur gætu spurt hvaða þættir valda hnignun villtrar lúpínu og hvernig þeir hafa áhrif á Karner-bláfiðrildi. Vistfræðingar vita til dæmis að villt lúpína þrífst á opnum svæðum þar sem tré og runnar eru að mestu ekki til staðar. Í náttúrulegu umhverfi fjarlægja reglubundnir gróðureldar tré og runna og hjálpa þannig til við að viðhalda opnum svæðum sem villt lúpína þarf á að halda. Nota má stærðfræðilíkön til að skilja hvernig eldvarnir og bæling gróðurelda af mannavöldum hafa leitt til hnignunar þessarar mikilvægu plöntu fyrir Karner-bláfiðrildið.
Samfélagsvistfræði
Líffræðilegt samfélag samanstendur af mismunandi tegundum á svæði, yfirleitt í þrívíðu rými, og samskiptum innan þessara tegunda og milli þeirra. Samfélagsvistfræðingar hafa áhuga á ferlunum sem knýja þessi samskipti og á afleiðingum þeirra. Spurningar um samskipti einstaklinga sömu tegundar beinast oft að samkeppni milli einstaklinga sömu tegundar um takmarkaða auðlind. Vistfræðingar rannsaka einnig samskipti milli ólíkra tegunda; einstaklingar mismunandi tegunda kallast einstaklingar ólíkra tegunda. Dæmi um samskipti milli ólíkra tegunda eru afrán, sníkjulíf, jurtaát, samkeppni og frævun. Slík samskipti geta haft stýrandi áhrif á stofnstærðir og haft áhrif á vistfræðileg og þróunarfræðileg ferli sem móta fjölbreytileika.
Til dæmis mynda lirfur Karner-bláfiðrildis samhjálparsambönd við maura, sérstaklega maura af ættkvíslinni Formica spp. Samhjálp er langvarandi samband sem hefur þróast samhliða milli tveggja tegunda og báðar tegundir hagnast á. Til þess að samhjálp geti verið milli einstakra lífvera verður hvor tegund að fá einhvern ávinning af hinni sem afleiðingu sambandsins. Rannsóknir hafa sýnt að lifun eykst þegar maurar vernda lirfur Karner-bláfiðrildis fyrir ránskordýrum og köngulóm; slík hegðun kallast gæsla. Þetta gæti stafað af því að lirfurnar verja skemmri tíma á hverju lífsstigi þegar maurar gæta þeirra, sem gefur lirfunum forskot. Til að laða að maurana seyta lirfur Karner-bláfiðrildis á sama tíma mauralíkum ferómónum og kolvetnaríku efni sem er mikilvægur orkugjafi fyrir maurana. Bæði Karner-bláfiðrildalirfurnar og maurarnir hagnast á samskiptunum, þótt tegundir gæslumauranna geti að hluta verið tækifærissinnaðar og breytilegar eftir útbreiðslusvæði fiðrildisins.
Vistkerfisvistfræði
Vistkerfisvistfræði er útvíkkun á lífveruvistfræði, stofnvistfræði og samfélagsvistfræði. Vistkerfi er samsett úr öllum lífrænum þáttum, það er lifandi verum, á svæði ásamt ólífrænum þáttum, það er lífvana þáttum, á sama svæði. Meðal ólífrænna þátta eru loft, vatn og jarðvegur. Vistkerfislíffræðingar spyrja hvernig næringarefni og orka eru geymd og hvernig þau flytjast milli lífvera og um andrúmsloft, jarðveg og vatn umhverfisins.
Karner-bláfiðrildi og villt lúpína lifa í eikar- og furuheiðabúsvæði. Þetta búsvæði einkennist af náttúrulegri röskun og næringarsnauðum jarðvegi með litlu köfnunarefni. Aðgengi að næringarefnum er mikilvægur þáttur í útbreiðslu plantna sem lifa í þessu búsvæði. Rannsakendur sem hafa áhuga á vistkerfisvistfræði gætu spurt um mikilvægi takmarkaðra auðlinda og flutning auðlinda, svo sem næringarefna, um lífræna og ólífræna hluta vistkerfisins.
Starfstengsl
Vistfræðingur
Starf í vistfræði tengist mörgum þáttum mannlegs samfélags. Skilningur á vistfræðilegum viðfangsefnum getur hjálpað samfélaginu að uppfylla grunnþarfir fólks fyrir fæðu, húsaskjól og heilbrigðisþjónustu. Vistfræðingar geta stundað rannsóknir sínar á rannsóknarstofu og úti í náttúrulegu umhverfi (Mynd 44.5). Slíkt náttúrulegt umhverfi getur verið jafn nálægt og lækurinn sem rennur um háskólasvæðið þitt eða jafn fjarlægt og jarðhitahver á botni Kyrrahafsins. Vistfræðingar stjórna náttúruauðlindum, svo sem stofnum hvíthaladádýra (Odocoileus virginianus) til veiða eða asparskógum (Populus spp.) til pappírsframleiðslu. Vistfræðingar starfa einnig sem kennarar sem kenna börnum og fullorðnum við ýmsar stofnanir, þar á meðal háskóla, framhaldsskóla, söfn og náttúrumiðstöðvar. Vistfræðingar geta einnig starfað sem ráðgjafar og aðstoðað stefnumótendur á sveitar-, fylkis- og alríkisstigi við að móta vistfræðilega traust lög, eða þeir geta sjálfir mótað slíka stefnu og löggjöf. Til að verða vistfræðingur þarf að minnsta kosti grunnnám á háskólastigi, yfirleitt í náttúruvísindum. Að grunnnámi loknu tekur oft við sérhæfð þjálfun eða framhaldsnám, eftir því hvaða svið vistfræðinnar er valið. Vistfræðingar ættu einnig að hafa víðtækan bakgrunn í raunvísindum og traustan grunn í stærðfræði og tölfræði.
Tengill í námsefni
Farðu á þetta vefsvæði til að sjá Stephen Wing, sjávarvistfræðing við Háskólann í Otago, ræða hlutverk vistfræðings og tegundir viðfangsefna sem vistfræðingar rannsaka.