E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Koncepce a představení úloh

Terénní cvičení z ekologie

Letní semestr, 5ti denní praktikum, 3 kredity

(aktualizace 9. července 2017)

Inovace kurzu byla v r. 2012 podpořena grantem Fondu rozvoje vysokých škol. Tato podpora umožnila nákup moderního vybavení, zavedení kvalitnějších metodických přístupů, rozšíření počtu testovaných ekologických hypotéz, a tedy nabídce atraktivnějších témat úloh pro studenty.

Terénní cvičení z ekologie je určeno zejména pro bakalářské studenty biologických programů a oborů, včetně učitelských kombinací biologie a všech dalších oborů majících co do činění s odbornou ekologií. Doporučujeme jej už pro první ročníky. Výhodou, nikoliv nutností, je absolvování základních ekologických přednášek.


Cvičení si klade za cíl seznámit studenty nejen s praktickou (nikoliv však aplikovanou) ekologií v terénních podmínkách, ale především vidět přírodu a organismy očima ekologa-badatele formulujícího otázky a hledajícího na ně odpovědi. Kurz klade důraz na tvůrčí úsilí studentů, kteří samostatně řeší úlohy v rámci výběrových témat. Modelovými organismy jsou řasy, vyšší rostliny, vodní korýši, hmyz a ptáci.

Úlohy jsou dílem volitelné, tj. každá studentská skupinka (2-3 členná) si na počátku praktika vybere sobě milou úlohu a té se věnuje po celé trvání praktika. Zároveň každý den okusí (napůl demonstrační formou) další úlohy, které mají za cíl představit i tematicky jiné oblasti ekologické práce. Výstupem práce každé skupiny je prezentace přednesená plénu v poslední den praktika a jednoduchý protokol shrnující pracovní postupy a závěry práce.

Zde si můžete prohlédnout modelové prezentace z r. 2012:

 

Úlohy pro cvičení jsou koncipovány a kombinovány dvojím způsobem:


a) část úloh je výběrová, pro řešitelské teamy/skupinky 2-3 studentů.  Typicky: první den teoretická a materiálová příprava, druhý až čtvrtý den praktické řešení úlohy, pátý den prezentace. Platí, že jednu úlohu řeší v rámci jednoho běhu praktika jeden team, čili když skupina  úlohu obsadí, jiný team musí volit úlohu jinou. Rozdělení úloh řešíme až na místě!

b) část úloh je povinná, tj. projde jimi každý. Trvají pouze 2-3 hodiny, s časovým rozvrhem přizpůsobeným úlohám výběrovým – typicky odpoledne.

Kurz je záměrně situován do běžné středoevropské krajiny bez výrazné koncentrace netypických krajinných fenoménů či vzácných druhů (Lomy u Kunžaku, Jindřichohradecko). Kurz trvá 5 dní a klade důraz na tvůrčí úsilí studentů. První den kurzu je věnován představení široké nabídky úloh, ze které si studenti vybírají jimi preferované téma, kterému se pak věnují po celý zbytek kurzu. Jednu konkrétní úlohu přitom řeší v rámci jednoho běhu praktika pouze jedna skupina (2-3 studenti).

Cílem úloh je v praxi otestovat některé ze všeobecně přijímaných ekologických tvrzení; jednotlivá témata se věnují všem základním ekologickým úrovním od autekologie a behaviorální ekologie přes populační ekologii, diverzitu a strukturu společenstev až po jevy fungující ve větších ekologických měřítkách (viz syllabus). Cíle úloh jsou uzpůsobeny danému prostředí i schopnostem studentů bakalářského stupně. Studenti samostatně uvažují nad výběrem vhodné studijní plochy i metodickými přístupy adekvátními pro řešení daného problému. Lektor usměrňuje vývoj jejich myšlenkových postupů a pomáhá při vyhledávání studovaných organismů a prostředí i koordinace práce.

Pro řešení daného cíle je potřeba znalost některých základních taxonů a jejich projevů, rozsah těchto dovedností je však v rámci řešení úlohy zvládnutelný (znalost zpěvu několika ptačích hlasů, běžných druhů rostlin, určování hmyzu do řádů apod.). Vlastnímu sběru dat je věnován druhý a třetí den cvičení. Většina čtvrtého dne pak připadá na přepis a vyhodnocování dat, včetně základních statistických analýz (t-test, ANOVA, PCA, GLM). Poslední den je věnován prezentacím výsledků před auditoriem tvořeným pedagogy a studenty.

Terénní cvičení z ekologie rovněž seznamuje studenty s obecnými principy vědecké práce a podává tak i základní průpravu pro realizaci jejich diplomových prací. Studenti formulují hypotézy a cíle jejich práce, vymýšlejí metodické postupy, plánují experimenty a způsob sběru dat tak, aby byli schopni opovědět na kladenou otázku. Učí se efektivně digitalizovat a třídit nasbíraná data a jednoduše je statisticky vyhodnotit. Získávají také zkušenost s prezentací dosažených výsledků před plénem.

Výběrové úlohy lze volně rozdělit do tematických celků:
A)    Organismy, populace a jejich prostředí
B)    Interakce
C)    Diverzita a struktura společenstev

_______________________________________

(úlohy nově zavedené nebo významně rozšířené od r. 2012 jsou zvýrazněny)

1) Výběrové úlohy

  • Organismy, populace a jejich prostředí

    • Abiotické podmínky prostředí mají vliv na to, jak rostliny investují do různých orgánů (kořeny, stonky, květy, listy)
      Teorie alokací u rostlin předpokládá, že rostliny jsou schopné více investovat do těch orgánů, které slouží k přijímání zdroje, který je v nedostatku. Může též ovlivňovat rozhodnutí druhu investovat do generativní či vegetativní reprodukce. Lze tedy očekávat, že se investice do různých orgánů bude lišit mezi stanovišti?

    • Abiotické podmínky prostředí mohou též ovlivňovat úspěšnost jednotlivých pohlaví rostliny
      Lze ukázat, že prostředí ovlivňuje výskyt jednotlivých pohlaví u dvoudomých rostlin? 

    • Velikost a izolovanost stanoviště má vliv na výskyt druhu v krajině
      Teorie metapopulační dynamiky předpokládá, že výskyt druhu v krajině je dán schopností druhu kolonizovat stanoviště a následně na nich přežít. Lze tedy předpokládat, že při stejných abiotických podmínkách budou častěji kolonizovaná stanoviště, která jsou velká a blízko dalších podobných lokalit?
    • Umístění hnízda významně ovlivňuje reprodukční úspěch jedinců
      Jaké parametry okolního prostředí ovlivňují obsazenost hnízdních dutin (budek)? Liší se jednotlivé typy prostředí v míře predačního tlaku na hnízda?
    • Rodičovská péče u ptáků (spolu)rozhoduje o reprodukčním úspěchu, zároveň je ale energeticky velmi náročná. Proto její míru jedinci optimalizují
      Uzpůsobují ptáci frekvenci krmení počtu a stáří mláďat na hnízdě? Podílí se obě pohlaví na krmení mláďat stejnou měrou? Liší se frekvence krmení mláďat v různých fázích dne?
    • Pěvci přizpůsobují svůj zpěv prostředí, které obývají
      Různé prostředí degraduje zvuky na mnoha úrovních. Liší se nějak zpěvy ptáků obývajících les od těch, kteří žijí na louce? Jsou rozdíly v parametrech zpěvu v rámci jednoho druhu v případě, že jedinci se vyskytují v různém prostředí?
    • Velikost ptačího teritoria souvisí s hmotností jedince, obývaným prostředím a populační hustotou
      Přímo ve vesnici hnízdí a obhajuje teritoria spousta druhů ptáků, jejich teritoria jsou ale různě velká. Souvisí velikost teritoria spíš s tělesnou velikostí (větší ptáci potřebují více potravy), s obývaným prostředím (v produktivním prostředí mohou být teritoria menší) nebo s populační hustotou (když jejich hodně, nemohou si dovolit velká teritoria)?
    • Odhad relativní velikosti populace motýlů pomocí zpětných odchytů
      Kolik je na louce motýlů určitého druhu? Je populace uzavřená, tj. zůstávají jedinci na lokalitě? Jaká stanoviště jedinci určitého druhu preferují? Na jaké vzdálenosti se přesunují?
    • Prostorová a časová aktivita vážek
      Kolik druhů vážek je na rybníku? Kolik jedinců vybraného druhu rybník hostí? Jaké typy stanovišť vážky preferují? Jsou jedinci teritoriální, nebo se náhodně přemisťují? Liší se prostorová aktivita mezi pohlavími?
    • Behaviorální syndrom a pohlavní dimorfismus v chování u hmyzu
      Jedinci téhož druhu chovají odlišně v různých situacích a kontextech. Projevují se tyto rozdíly konzistentně v různých situacích, jsou někteří jedinci obecně více bojácní a pasivní, jiní odvážní a aktivní? Existují mezipohlavní rozdíly v chování?
    • Adaptace morfologie larev hmyzu na tekoucí vodu
      V tekoucí vodě hrozí larvám nebezpečí driftu (odplavení proudem z lokality), proto lze očekávat příslušné morfologické adaptace, aby se tak nestalo. Jaká je distribuce (frekvence) morfologických typů larev vodního hmyzu v proudícím a stojatém habitatu?
    • Distribuce zooplanktonu ve volné vodě není náhodné
      V pelagiálu stojaté vody (nádrže) lze během dne pozorovat tvorbu hejn (shlukování) zooplanktontů. Proč to dělají? Jedná se reakci na patchiness zdrojů (tj. fytoplanktonu) X nebo něco jiného?
    • Prostorová a časová aktivita raků v potocích
      Kdy jsou raci aktivní? Na jak velkém prostoru se pohybují? Jaká je početnost a věková struktura populace?
  • Interakce

    • Vitalita rostliny závisí na hustotě jejích sousedů v nějaké druhově specifické vzdálenosti
      Teorie kompetice mezi rostlinami předpokládá, že růst jedinců je závislý na hustotě jedinců v jejich okolí. Jsou rostliny rostoucí osamoceně vitálnější? Jakdaleko od sebe musí rostliny být, aby si vzájemně nekonkurovaly?
    • Samci ptáků jsou schopni individuálně rozpoznávat zpěv samců ze sousedních teritorií
      Jsou noví vetřelci v daném území rozpoznáváni a je vůči nim vyvinuta větší agresivita? Experimentální ověření kognitivních schopností pěvců a rozdílných agresivních reakcí s různou mírou motivace
    • Ptáci vytvářejí lokální dialekty a využívají tyto rozdíly ve vnitrodruhových interakcích
      Lze identifikovat jednotlivé elementy zpěvu typické pro danou lokalitu/oblast? Dokážou tyto vlastnosti zpěvu jedinci rozlišovat a využívat ve vnitrodruhových interakcích?
    • Velikost a izolovanost populace má vliv na vitalitu rostlin a na jejich interakce s jinými trofickými úrovněmi
      Toto tvrzení se zakládá na představě, že rostliny v malých isolovaných populacích jsou málo atraktivní jak pro opylovače, tak pro herbivory. Současně zde existuje větší pravděpodobnost křížení mezi blízce příbuznými jedinci, což vede k snížené vitalitě těchto rostlin. Jsou rostliny v malých populacích méně vitální?
    • Opylování rostliny, která je na lokalitě vzácná, závisí na hustotě jiných, podobně kvetoucích druhů
      Jedním z předpokladů studia vztahů mezi rostlinami a opylovači je, že řada vzácných druhů přitahuje opylovače díky tomu, že se podobá jinému, hojnějšímu druhu. Naopak pokud je tento druh sám, je jeho opylování omezené. Jsou jedinci vzácných druhů rostlin častěji navštěvovány hmyzem ve společnosti podobných, hojných druhů? Mají tito jedinci vyšší produkci semen oproti jedincům osamoceným?
    • Blízce příbuzné druhy rostlin se vyhýbají vzájemné kompetici odlišným výběrem prostředí
      Příbuzné druhy rostlin, stejně jako ptáků sdílejí mnoho morfologických i ekologických znaků, což může vést k mezidruhovým kompetičním interakcím. Lze u nich vysledovat odlišnosti ve využívání prostředí, které tuto kompetici minimalizují a umožňují koexistenci?

    • Blízce příbuzné druhy ptáků se vyhýbají vzájemné kompetici odlišným výběrem prostředí
      Příbuzné druhy sdílejí mnoho morfologických, behaviorálních i ekologických znaků, což může vést k mezidruhovým kompetičním interakcím. Lze u nich vysledovat odlišnosti ve využívání prostředí, které tuto kompetici minimalizují a umožňují koexistenci?
    • Varovné hlasy ptáků jsou mezidruhově rozpoznatelné a jsou využívány ke společné obraně vůči predátorovi
      Ptáci při objevení predátora vydávají varovné hlasy, které slouží k upozornění jiných jedinců na nebezpečí. Jsou tyto signály mezidruhově rozpoznatelné a přispívají k účasti různých druhů ptáků na společné aktivní obraně (mobbingu) vůči predátorovi?
    • Zpěvní aktivity ptáků se mění během dne, má bimodální průběh s vrcholy v ranních a pozdějších odpoledních hodinách
      Zpívají ptáci nejvíce ráno? Mají polední útlum? Zvyšuje se zpěvní aktivita v odpoledních hodinách? Jak lze ptačí zpěv kvantifikovat? Jaké moderní metody pro studium lez využít?
    • Zdatnost hostitelské rostliny a populace fytofágního hmyzu a opylovačů
      Jsou stresovanější rostliny častěji napadeny fytofágním hmyzem či atraktivnější pro opylovače? Rostliny mají velkou schopnost přizpůsobení k životním okolnostem předurčeným místem, kde rostou, a momentálním stresem prostředí. Tato adaptace ovlivňuje jejich morfologii a další vlastnosti, které rozhodují o jejich hodnotě pro fytofágní hmyz. Variabilita zdatnosti hostitelské rostliny ovlivňuje populace fytofágního hmyzu různě, často u jednotlivých druhů protikladně, případně žádný vliv nemá.
    • Množství zooplanktonu má zásadní vliv na kvantitu a kvalitu fytoplanktonu
      Dokážou perloočky „vyčistit“ rybník? Kolik jedinců dokáže efektivně redukovat množství fytoplanktonu? Jak dlouho to trvá? Jakým způsobem ovlivňuje přítomnost ryb predační kaskádu?
    • Adaptivní „partial“ refugia – obranné mechanismy zooplanktonu při velikostně selektivní predaci ryb
      Kontrast velikostních distribucí zooplanktontů z prostředí s rybami a bez ryb: rozhodující je velikost při "maturitě" = velikost při prvním rozmnožování. Příklad Daphnia z periodických tůní x z nádrže z rybami.
    • Může mandelinka ředkvičková regulovat populaci šťovíku?
      Šťovíky jsou nepříjemný a mírně jedovatý plevel a hojná mandelinka ředkvičková, jejíž larvy i dospělci se tímto plevelem živí, jsou tak potenciálně vhodní pro biologický boj s touto rostlinou. Jak moc je mandelinka schopná šťovík regulovat a co ovlivňuje její výskyt na této rostlině?
  • Diverzita a struktura společenstev

    • Výskyt rostlinných druhů není náhodný, tj. určité druhy mají tendenci se spolu vyskytovat častěji než by se očekávalo náhodou
      Jedná se o test základního předpokladu rostlinné fytocenologie, která se snaží rozčlenit rostlinná společenstva do různých typů dle společného výskytu druhů. Cílem práce by tedy bylo ukázat jak tato variabilita mezi společenstvy vypadá, a určit skupiny společně se vyskytujících druhů Jak je tato variabilita daná podmínkami prostředí, jeho produktivitou či hospodařením na lokalitě? 
    • Na přechodu mezi dvěma společenstvy (ekotonu) – je druhová diverzita rostlin vyšší než v obou přilehlých společenstvech
      Jedním z předpokladů krajinné ekologie je, že důležitou součástí krajiny nejsou jen jednotlivá společenstva ale i přechody mezi nimi (ekotony). Hostí tato prostředí druhy s obou sousedních společenstev a jsou tedy druhově bohatší než obě sousední společenstva?
    • Počet invazních druhů na ploše závisí na počtu druhů domácích. Tvar této závislosti závisí na velikosti studované plochy
      V teorii invazí se často uvažuje o tom, jak závisí počet invazních druhů ve společenstvu na počtu druhů domácích. Tato závislost se původně vysvětlovala interakcí mezi druhy, v současnosti se ukazuje i možnost, že předpokládané závislosti mohou být důsledkem náhodných procesů.  Málo se ale ví o tom, zda je tato závislost pouze důsledek náhody, či skutečně existuje určitá variabilita daná interakcí mezi druhy.
    • Invazní druhy se mají tendenci šířit se podél cest, množství invazních druhů na stanovišti proto závisí na vzdálenosti od cesty
      Často se předpokládá, že šíření invazních druhů je možné zejména podél cest, kde jednak dochází ke směrovému šíření, jednak k neustálému narušování povrchu, kde se mohou tyto druhy lépe uchytit. Závisí počet invazních druhů v daném území na množství cest a také na vzdálenosti od těchto cest?
    • Na ekotonu žije více druhů ptáků než v jednotlivých společenstvech tvořících ekoton
      Ekoton podle učebnic hostí druhy z obou prostředí plus druhy vázané na tento biotop, měl by být tedy druhově bohatší než obě přilehlá prostředí. Jak univerzálně to platí?
    • S rostoucí heterogenitou prostředí roste druhové bohatství ptáků
      Vztah existuje na různých úrovních – od nejhrubší (lesy, louky, pole) po jemnější heterogenitu - např. lesy s přítomností více vegetačních pater, bohatším složením dřevin hostí více druhů ptáků. Je však opravdu rozhodující heterogenita, nebo jde ve skutečnosti o jiné faktory jako je hustota podrostu či množství listové plochy?
    • Počet druhů ptáků a rostlin roste s velikostí plochy
      Jde o univerzální a zčásti triviální ekologickou zákonitost. Platí ale tento vztah i pro (relativně) homogenní prostředí? Liší se podoba tohoto vztahu mezi homogenním a heterogenním prostředím?
    • Existuje doba, která stačí pro zjištění přítomnosti všech ptáků v daném místě
      Čím déle sčítáme ptáky na určitém místě, tím víc jich zaznamenáme. Jak dlouho ale musíme na místě pobývat, abychom zaznamenali všechny? A jak přesně vlastně roste počet zaznamenaných druhů s dobou, po kterou je sčítáme?
    • Druhová diverzita a abundance epigeického hmyzu souvisí s heterogenitou prostředí (případně typem hospodaření)
      Liší se druhová rozmanitost hmyzu mezi loukou a polem? Liší se druhové složení? Existuje gradient počtu druhů a počtu jedinců od okraje směrem dovnitř pole a lesa? Liší se denní a noční společenstva?
    • Má fragmentace vodního prostředí vliv na beta-diversitu?
      Plankton louží či periodických vod (/v lužním lese), hodnocení druhového složení a dominance skupin. Je to všude stejné nebo ne? A proč?
    • Prostorová distribuce bentických živočichů v potocích
      Jak se liší jednotlivé mikrobiotopy potoků v druhovém složení a diverzitě zoobenthosu? Jaké morfologické adaptace jsou typické pro jednotlivá prostředí?
    • Druhové složení a diverzitu fyto- a zooplanktonu rybníků významně ovlivňují jejich trofické poměry a způsob hospodaření
      Jaké abiotické a biotické faktory ovlivňují strukturu společenstev fyto- a zooplanktonu rybníků? Jakým způsobem
    • Estetická hodnota diversity
      Jedním z argumentů pro ochranu biologické diversity může být i její estetická hodnota. Lze ukázat, že lidé opravdu preferují druhově bohatá společenstva?

2) Krátké povinné úlohy

  • Vliv heterogenity zdrojů na diverzitu společenstev rostlin a hmyzu
    Vzhledem k úzké vazbě rostlin na prostředí lze předpokládat, že diverzita rostlinných společenstev je do velké míry určena podmínkami prostředí. V návaznosti na to lze předpokládat, že bude existovat i vazba mezi prostředím a diverzitou společenstev hmyzu, a mezi diverzitou rostlin a hmyzu na stejném stanovišti. Podaří se nám takovýto vztah odhalit?
  • Odchyty ptáků
    Jak se chytají ptáci? Proč se ptáci kroužkují? Jaká ekologická data dokážeme pomocí této metody získat?
  • Vnitrodruhová a mezidruhová teritorialita u pěvců
    Proč jsou ptáci teritoriální? Jakým způsobem a vůči komu teritorium hájí? Jak velká jsou teritoria? Jak se teritorialita studuje? Podaří se nám experimentálně navodit agresivní reakci u studovaného jedince?
  • Antipredační chování u ptáků
    Jak se ptáci brání predaci? V jakých kontextech jsou jednotlivé antipredační mechanismy uplatňovány? Kdy ptáci přistupují k aktivní obraně – mobbingu? Lze takové chování experimentálně navodit?
  • Měření primární produkce fytoplanktonu
    Klasická jednoduchá ekologická úloha názorně ukazující princip stanovení primární produkce z bilance fotosyntézy, v závislosti na intenzitě světla v hloubkovém profilu.
  • Večerní odchyty hmyzu na světlo
    Proč světlo atrahuje noční hmyz? Dá se noční odchyt na světlo použít pro studium hmyzích společenstev? Jaká data pomocí této metody získáme?

Podívejte se na krátké video zachycující zpracování hydrobiologických úloh z roku 2012 :-)

Ekokolaz

Akce dokumentů