Informace

24.3: Ekosystémy - biologie


Another Day, Another Dung Ball

Černý brouk na obrázku ( PageIndex {1} ) vytvořil míč z trusu (výkalů) savce a odvaluje ho z hromady hnoje. Poté, co brouk vytvoří míč z trusu, hodí míč přes přímku, přes všechny překážky, na bezpečné místo, aby ho ostatní brouci nemohli ukrást. Hnojníci mohou válet trusové koule, které mají až desetinásobek vlastní hmotnosti. Co dělají se vším tím trusem? Obecně to zakopávají. Poté podle druhu brouka hnoje buď použijí trusovou kouli jako zdroj uskladněné potravy, nebo do ní snesou vajíčka. V druhém případě, když se z vajíček líhnou larvy, mají po ruce výživný zdroj potravy. Mňam!

Proč se zaměřit na tento hmyz konzumující hovno? Hnojníci hrají velmi důležitou roli v zemědělských oblastech i v mnoha přírodních ekosystémech. Zakopáváním a konzumací trusu zlepšují recyklaci živin a strukturu půdy. Chrání také hospodářská zvířata před škůdci, jako jsou mouchy, které by jinak přitahoval trus. Hnojníci ušetří americkému chovu skotu odhadem 380 milionů dolarů ročně tím, že pohřbí výkaly hospodářských zvířat. Je to jen jedna z mnoha cenných služeb, které lidem poskytují ekosystémy a jejich organismy.

Co je to ekosystém?

Stejně jako ostatní systémy, an ekosystém je sada interagujících komponent, které tvoří komplexní celek. Interagujícími složkami ekosystému jsou všechny jeho živé věci a neživé prostředí. Neživé prostředí zahrnuje takové abiotické faktory, jako je teplota, voda, sluneční světlo a minerály v půdě. Komunita je biotickou součástí ekosystému. Skládá se ze všech populací všech druhů, které žijí a interagují v ekosystému. Abiotické a biotické části ekosystému jsou spojeny dohromady toky energie a cykly živin systémem.

Neexistuje široce dohodnutý způsob vymezení konkrétního ekosystému. Velikost ekosystémů se teoreticky může ohromně lišit. Zvažte les jako příklad. Může pokrývat stovky nebo dokonce tisíce akrů a tvořit velký ekosystém, ve kterém má jednotlivý strom malý význam. Individuální strom však lze také považovat za ekosystém, v němž a na něm žijí miliony organismů, od mikrobů po malé savce. I jediný list lze považovat za ekosystém. Po celou dobu životnosti listu může existovat několik generací populace mšic, jako na obrázku ( PageIndex {2} ). Každá z mšic zase podporuje různorodé společenství bakterií.

Ekosystémové procesy

Ekosystémové procesy přesouvají energii a hmotu prostřednictvím biotických a abiotických složek systému. Tyto procesy začínají primární výrobou producentů. Energie, která proudí téměř všemi ekosystémy, je získávána primárně ze slunce a vstupuje do ekosystémů procesem fotosyntézy. Tento proces provádějí producenti, kteří mohou zahrnovat rostliny, určité mikroby a/nebo řasy. Tito výrobci zachycují energii ze slunečního světla a používají ji k přeměně anorganického oxidu uhličitého (z atmosféry) a vody na molekuly organického uhlíku a kyslík.

Recyklace minerálních živin

Ekosystémy neustále odebírají energii z širšího okolí. Minerální živiny, na druhé straně, jsou většinou recyklovány v ekosystémech mezi živými věcmi a abiotickými složkami ekosystémů. Dusík v atmosféře je například přijímán určitými půdními bakteriemi, které mění dusík na formu, kterou mohou rostliny použít. Od rostlin, cyklů dusíku až po zvířata a případně rozkladače, které vrací dusík do půdy. Ve většině suchozemských ekosystémů je dusík limitujícím faktorem růstu rostlin. A omezující faktor je jakýkoli faktor, který omezuje velikost populace jednoho nebo více druhů v ekosystému. Protože většina suchozemských ekosystémů je omezena na dusík, je cyklování dusíku důležitou kontrolou produkce ekosystémů. Mezi další živiny, které jsou v ekosystémech recyklovány, patří fosfor, draslík a hořčík.

Ekosystémové zboží a služby

Ekosystémy poskytují různé zboží a služby, na nichž jsou lidé závislí. Bez zdravých přírodních ekosystémů bychom jako druh nemohli přežít.

Ekosystémové zboží

Ekosystémové zboží zahrnuje hmotné materiální produkty ekosystémových procesů, včetně potravin, jako je divoká zvěř a ovoce, stavební materiály jako dřevo a bambus a léčivé rostliny, jako je vrba na obrázku ( PageIndex {4} ). Ekosystémové zboží také zahrnuje méně hmatatelné věci, jako jsou ekosystémové prvky, které poskytují turistické atrakce a rekreační příležitosti. Geny v divokých rostlinách a zvířatech jsou dalším dobrým ekosystémem. Tyto organismy poskytují skladiště genetického materiálu, který lze použít ke zlepšení domácích druhů.

Ekosystémové služby

Služby ekosystémů poskytují možná ještě důležitější než zboží, přesto jsou tradičně považovány za samozřejmost. Zahrnují procesy, které udržují koloběh vody, dodávají kyslík do vzduchu, odstraňují skleníkové plyny z atmosféry, filtrují znečišťující látky z vody a opylují plodiny. Tyto služby mají nejen ekonomickou hodnotu; jsou také neocenitelné pro udržení lidského života.

Jako příklad zvažte ekosystémovou službu opylování. Většina kvetoucích rostlin vyžaduje k produkci ovoce a semen pomoc opylovačů, jako je hmyz a ptáci. Opelovače hrají zásadní roli při produkci více než 150 potravinářských plodin ve Spojených státech, včetně téměř všech ovocných a obilných plodin, od jablek po vojtěšku. Nejdůležitějším opylovačem plodin je včela medonosná (jako ta na obrázku ( PageIndex {5} )). Včely medonosné poskytují odhadem 1,6 miliardy dolarů přirozených opylovacích služeb zemědělství pouze ve Spojených státech.

Funkce: Biologie člověka ve zprávách

Jednou z největších a potenciálně nejničivějších záhad odehrávajících se v ekosystémech v posledních letech je úbytek včel. Včelaři obvykle očekávají, že některé jejich včely medonosné odumřou z jedné sezóny na druhou, ale nedávné jsou dvojnásobné ztráty v minulosti. Dramatické snížení populace včel medonosných přineslo novinky nejen proto, že je tak zničující, ale také díky mimořádně cenné ekosystémové službě, kterou včely medonosné poskytují jako opylovače. Včelaři musí utratit více peněz, aby se pokusili udržet své včely naživu a založili nové kolonie, které nahradí ty, které vymřely. Tyto náklady se přenášejí na zemědělce, kteří využívají opylovače včel. Nakonec jsou náklady přeneseny na spotřebitele, jako jste vy.

Vědci se zoufale snaží najít odpověď na záhadný zánik včel, aby mohli vymyslet plány na jejich ochranu. Jednou z možných příčin, která byla nedávno identifikována, je parazitický roztoč příhodně pojmenovaných druhů Varroa destructor. Tento roztoč je znázorněn na obrázku ( PageIndex {6} ) a byl nazýván „upírem“ včelího světa, protože se živí hmyzem ekvivalentní krví (nazývanou hemolymfa) dospělých i mladistvých včel. Představte si krev sajícího komára velikosti jídelního talíře, který by vás napadl pro vaši krev. To je o tom, jak velcí jsou roztoči upírů ve vztahu ke svým hostitelům včel. Ještě horší je, že jednotlivé včely jsou často napadeny více roztoči. Kromě toho roztoči kromě sání včelí „krve“ přenášejí i další patogeny, které potlačují imunitní systém včelího hostitele. Není divu, že si roztoči vybírají takovou daň na populacích včel medonosných!

K dispozici jsou chemikálie zvané miticidy, které mohou zabíjet roztoče Varroa. Včely medonosné jsou bohužel také nepříznivě ovlivněny chemikáliemi. Používání miticidů může dokonce přispívat k úmrtnosti včel. Dalším problémem je, že roztoči vyvíjejí odolnost vůči nejčastěji používaným miticidům. Jednou potenciální strategií, která je v současné době zkoumána, je chov včel, které jsou přirozeně odolné vůči roztočům. Tato strategie však může trvat dlouho, než se uskuteční, pokud ano.

Mezitím lze implementovat další strategii. Tou strategií je posílit imunitní systém včel medonosných tím, že včelám poskytne větší škálu snadno dostupných pícnin. Důkazy naznačují, že když mají včely medonosné optimální výživu, dokážou se lépe vypořádat s roztoči a dalšími potenciálními příčinami úmrtnosti. Moderní agropodnikání a růst měst však snížily množství a rozmanitost přirozeně kvetoucích rostlin, které včely potřebují prospívat. Nemusíte být včelařem nebo vědcem, abyste tomuto trendu pomohli čelit a přispěli ke zdraví a přežití včel. Pokud jste majitelem domu, můžete na dvoře pěstovat divoké květiny a nezapomeňte zahrnout druhy, které kvetou v různých obdobích roku.

Posouzení

  1. Definujte ekosystém a identifikujte součásti, které tvoří ekosystém.
  2. Jak fungují ekosystémy?
  3. Jaké materiály jsou recyklovány v ekosystémech?
  4. Definujte a uveďte příklady ekosystémových statků a služeb.
  5. Proč si myslíte, že zemědělci někdy používají na svých plodinách hnojivo, které obsahuje dusík?
  6. Rozkladače:
    1. A. jsou prvovýrobci.
    2. B. nehrají v ekosystémech důležitou roli.
    3. C. pomáhají recyklovat živiny v ekosystému.
    4. D. jsou obvykle abiotické.

Prozkoumat více

V tomto videu se dozvíte o důležitosti biologické rozmanitosti

V tomto videu se dozvíte více o úbytku včel v populaci


Ekosystémy

Obrázek 1: Na jihozápadě USA způsobuje deštivé počasí zvýšení produkce ořechů pinyon, což způsobuje explozi populace jelení myši. Myši jelenů mohou přenášet virus zvaný Sin Nombre (hantavirus), který u lidí způsobuje respirační onemocnění a má vysokou úmrtnost. V letech 1992–1993 mokré počasí El Niňo způsobilo epidemii Sin Nombre. Navajo léčitelé, kteří si byli vědomi souvislosti mezi touto nemocí a počasím, předpovídali vypuknutí. .

V roce 1993 došlo k zajímavému příkladu dynamiky ekosystémů, když obyvatelé jihozápadních Spojených států zasáhli vzácné plicní onemocnění (obrázek 1). Tato nemoc měla alarmující úmrtnost a zabila více než polovinu raných pacientů, z nichž mnozí byli domorodými Američany. Tito dříve zdraví mladí dospělí zemřeli na úplné selhání dýchání. Nemoc byla neznámá a byla vyšetřena Centers for Disease Control (CDC), americká vládní agentura odpovědná za zvládání potenciálních epidemií. Vědci se o této chorobě mohli dozvědět, kdyby věděli, že hovoří s léčiteli Navajů, kteří žili v této oblasti a kteří pozorovali souvislost mezi srážkami a populacemi myší, čímž předpovídali vypuknutí roku 1993.

Příčinou onemocnění, kterou během několika týdnů určili vyšetřovatelé CDC, byl hantavirus známý jako Sin Nombre, virus s „beze jména“. Díky poznatkům z tradiční navajské medicíny dokázali vědci nemoc rychle charakterizovat a zavést účinná zdravotní opatření, která zabrání jejímu šíření. Tento příklad ilustruje důležitost pochopení složitosti ekosystémů a toho, jak reagují na změny v životním prostředí.


Charakteristika hub

Níže uvedené informace byly převzaty z OpenStax Biology 24.1

Ačkoli lidé používali kvasinky a houby od prehistorických dob, až do nedávné doby byla biologie hub špatně chápána. Až do poloviny 20. století mnoho vědců klasifikovalo houby jako rostliny, a to především kvůli přisedlému životnímu stylu a obecné morfologii. Molekulárně biologická analýza houbového genomu však ukazuje, že houby jsou více příbuzné zvířatům než rostlinám.

Zatímco houby mohou být mnohobuněčné nebo jednobuněčné, všechny houby mají dvě společné věci:

  1. buněčné stěny z houževnatého polysacharidu, tzv chitin, který poskytuje strukturu
  2. vnější trávení jídla

V další části se podíváme na typické vlastnosti mnoha hub, ale mějte na paměti, že z pravidla existují výjimky.


Horské zóny

Horské ekosystémy existují ve vysokých nadmořských výškách a často mají omezenou vegetaci, i když mohou být patrné husté rostliny. Krajina je skalnatá, ale mají jedny z nejkrásnějších ekosystémových snímků na Zemi. Teploty bývají kvůli výšce hor nízké. Srážky bývají ve vyšších oblastech ve formě sněhu, ale jsou možné i mlhy a déšť.

Vztahy mezi kořistí a predátory, jako jsou kozy a lišky, hrají klíčovou roli při udržování rovnováhy tohoto a dalších ekosystémů. Některé horské ekosystémy jsou domovem ptáků a orlů žijících na útesu.


Ekosystém

Globální změna ohrožuje ekosystémy po celém světě a ovlivňuje jejich služby lidem. V současné době pracujeme na zlepšení naší schopnosti předpovídat rizika pro biologickou rozmanitost a ekosystémové služby v důsledku změny klimatu, invazivních druhů a degradace stanovišť.

Caribou_In_Alaksa

DyingTree

Hodnocení biologického rizika invazivních druhů rostlin v Connecticutu

Cílem této pracovní skupiny je zapojit pracovní skupinu invazivních rostlin Connecticut (CIPWG), aby vyvinula reprodukovatelnou kvantitativní metriku pro 9 atributů invazivity uvedených ve stanovách Connecticutu, aby poskytla celkový index invazivity a související nejistotu. Současná praxe je použít hlasování o binární klasifikaci založené na názorech. Tato nově vyvinutá metrika se zpočátku aplikuje na podmnožinu druhů, aby poskytla důkaz koncepce. Proto podstatně zlepšíme, jak Connecticut chrání před dovozem a uvolňováním invazivních rostlin.

Předpovídání účinků změny klimatu na ekosystémy

Cílem této pracovní skupiny je vyvinout mechanističtější analýzy rizik pro rizika vyhynutí způsobená změnou klimatu. Skupina kombinuje fakultu UConn s dalšími odborníky a pracuje na sérii rukopisů.

Upřednostňování hlavních rizik spojených s ptáky Tidal Marsh ve východní části Severní Ameriky

Ve spolupráci s Fish and US Wildlife Service jsme uspořádali workshop v Duke Marine Labs v NC. V návaznosti na to jsme uspořádali několik konferenčních hovorů a webinářů a vytváříme „obchodní plán ochrany přírody“ zaměřený na ptáky z pobřežních mokřadů.

Silander, J. a H. Frye. 2017. Rozvoj lepšího přístupu k určování rizika invazí rostlin v CT. Pro CT DEEP.

1. Field, C. R., T. Bayard, C. Gjerdrum, J. M. Hill, S. Meiman a C. S. Elphick. 2017. Projekce přílivu a odlivu s vysokým rozlišením odhalují práh vyhynutí v reakci na vzestup mořské hladiny. Globální biologie změn. 35: 2058-207.

2. Nadeau, C. P., M. C. Urban a J. R. Bridle. 2017. Hrubé projekce klimatických změn pro druhy žijící v jemně zmenšeném světě. Global Change Biology 23: 12-24.

3. Elphick, C. S. 2016. Jak příliv stále stoupá, bahenní ptáci čelí nebezpečné budoucnosti: Všechny trendy ukazují dolů. In: Connecticut State of the Birds: Zisky, ztráty a vyhlídka na zánik. (M. Bull, ed.) Connecticut Audubon Society. s. 4-8.

4. Roberts, S. G., R. A. Kern, M. A. Etterson, K. J. Ruskin, C. S. Elphick, B. J. Olsen a W. G. Shriver. V tisku. Faktory, které ovlivňují životně důležité hodnoty Seaside a Saltmarsh vrabec v pobřežním New Jersey, USA. Journal of Field Ornithology.

5. Urban, M. C., P. L. Zarnetske a D. K. Skelly. 2017. Hledání biotických multiplikátorů změny klimatu. Integrativní a srovnávací biologie. 57: 134 - 147.

6. Erfanian, A. G. Wang, L. Fomenko. 2017. Bezprecedentní sucho nad tropickou Jižní Amerikou v roce 2016: tropické SST výrazně podhodnoceno. Vědecké zprávy. 7: 5811.

7. Nadeau, C. P., M. C. Urban a J. R. Bridle. 2017. Klima minulých, současných a dosud přicházejících forem zranitelnosti změny klimatu. Trendy v ekologii a vývoji zesilovačů. 32: 786 - 800.

8. Field, C. R., A. Dayer a C. S. Elphick. 2017. Chování vlastníka půdy může určit úspěch strategií ochrany pro migraci ekosystémů při vzestupu hladiny moře. Sborník Národní akademie věd. 114: 9134-9139.

9. Evans, A. E., B. R. Forester, E. L. Jockusch a M. C. Urban. 2018. Frekvence Salamanderových morfů se nevyvíjí tak, jak se předpokládalo v reakci na 40 let změny klimatu. Ekografie. doi: 10,1111/ecog.03588.


Adaptivní rozdíly ve fyziologii rostlin a paradoxech ekosystému: poznatky z teorie metabolického škálování

1 Současná adresa: Department of Biology, Kenyon College, Gambier, OH 43022, USA.

Katedra ekologie a evoluční biologie, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA,

Sekce integrativní biologie, University of Texas at Austin, Austin, TX 78712, USA

Katedra ekologie a evoluční biologie, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA,

Katedra ekologie a evoluční biologie, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA,

1 Současná adresa: Department of Biology, Kenyon College, Gambier, OH 43022, USA.

Katedra ekologie a evoluční biologie, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA,

Sekce integrativní biologie, University of Texas at Austin, Austin, TX 78712, USA

Abstraktní

Vazba mezi variacemi na druhově specifické vlastnosti rostlin, většími modely produktivity a dalšími ekosystémovými procesy je důležitým cílem výzkumu globálních změn. Pochopení takových vazeb vyžaduje syntézu evolučních, biogeographahických a biogeochemických přístupů k ekologickému výzkumu. Nedávná pozorování odhalila několik zjevně paradoxních vzorců napříč ekosystémy. Ve srovnání s teplejšími nízkými zeměpisnými šířkami jsou ekosystémy z chladných severních zeměpisných šířek popsány v (1) a vyšší teplota normalizována okamžitě tok CO2 a energie a (2) podobný roční hodnoty hrubé primární produkce (GPP) a případně čisté primární produkce. V poslední době několik autorů připisuje stálost v GPP historickým a abiotickým faktorům.

Zde ukazujeme, že teorii metabolického škálování lze použít k poskytnutí alternativní „bioticky řízené“ hypotézy. Tento model poskytuje základní východisko pro pochopení toho, jak potenciálně adaptivní rozdíly ve velikosti rostlin a vlastnostech spojených s metabolismem a produkcí biomasy v různých biomech mohou ovlivnit procesy celého ekosystému. Důsledkem je, že nelze extrapolovat funkční odezvy na úrovni listí/laboratoře/lesa na zeměkouli, aniž bychom vzali v úvahu evoluční a geografické rozdíly ve vlastnostech spojených s metabolismem. Testujeme jednu klíčovou implikaci tohoto modelu - že směrové a adaptivní změny v metabolických a stechiometrických rysech autotrofů mohou zprostředkovat vzorce růstu rostlin v širokých teplotních gradientech.

Na podporu našeho modelu v průměru hmotnostně korigované rychlosti růstu celé rostliny nesouvisejí s rozdíly v teplotě nebo zeměpisné šířce vegetačního období. Dále ukazujeme, jak tyto změny v autotrofní fyziologii a obsahu živin napříč gradienty mohou mít důležité důsledky pro porozumění: (i) původu paradoxního chování ekosystému (ii) potenciální účinnosti dynamiky uhlíku celého ekosystému měřené kvocientem systému dýchací kapacity, R.a asimilace, A a (iii) původ několika „ekosystémových konstant“ - atributů ekologických systémů, které se zjevně nemění s teplotou (a tedy s zeměpisnou šířkou). Tyto výsledky společně zdůrazňují potenciální kritický význam ekologie komunity a funkční evoluční/fyziologické ekologie pro pochopení role biosféry v integrovaném zemském systému.


Část 2: Apex dravci: Mořské vydry a Kelp Forests

00: 07.2 Jmenuji se Jim Estes,
00: 09.2 Jsem profesorem ekologie a evoluční biologie
00: 11.1 na Kalifornské univerzitě v Santa Cruz,
00: 13.1 a jsem velmi rád, že tu dnes mohu být
00: 16.0, abychom s vámi hovořili o ekologické funkci
00: 19,0 vrcholných predátorů v přírodě.
00: 20.2 V části I mé přednášky
00: 22.2 Poskytl jsem koncepční základ
00: 24.2, jaké jsou otázky
00: 26.2 a jak jsme se pokusili odpovědět na tyto otázky.
00: 28.3 V části II vám dám
00: 30.3 konkrétní případová studie.
00: 32.1 Zaměřím se na mořské vydry a kelpové lesy,
00: 34.1 a dělám to proto, že
00: 37,3 toto je práce, do které se zapojila moje laboratoř
00: 39,2 za posledních několik desetiletí.
00: 43.1 Toto je nástin pro část II přednášky.
00: 46.1 Nejprve vám to vysvětlím nebo popíši
00: 50.1 potravinové sítě, klíčové druhy.
00: 52.1 Za druhé, povím vám něco o přístupu
00: 55,0, které jsme použili k pochopení důležitosti
00: 58,1 vydry mořské v těchto ekosystémech řasových lesů.
01: 00.2 A nakonec si projdu některá zjištění
01: 02.2 z práce, kterou jsme odvedli.
01: 05.2 Potravinová síť: mořské vydry jsou vrcholovým predátorem
01: 09.0 v mnoha lesních ekosystémech pobřežních řas
01: 11,1 v severním Pacifiku.
01: 13.3 Vydry se živí ježky
01: 15.1 mořští ježci se živí řasou
01: 17,0 řasa je to, čemu říkáme základový druh,
01: 18,3, to znamená, že na tom závisí mnoho dalších druhů v ekosystému,
01: 22.0 buď pro stanoviště, nebo pro potraviny nebo pro prvovýrobu,
01: 25,3 tolik dalších druhů je spojeno s ekosystémem
01: 28,3 prostřednictvím samotných řas.
01: 32,0 Přístup:
01: 34.0 jak jsme pokračovali ve snaze porozumět
01: 35.2 význam mořských vyder
01: 37,1 v těchto lesních ekosystémech pobřežních řas?
01: 39.2 Je to vlastně velmi jednoduché.
01: 41.1 Použili jsme historii jako
01: 44.2 velký přírodní experiment.
01: 46.1 Takže modrá čára na tomto obrázku
01: 48,3 ukazuje rozsah, ve kterém mořské vydry
01: 51,2 historicky došlo v severním Tichém oceánu.
01: 54.1 V tomto rozmezí byli hojní
01: 57,1 přibližně do poloviny 17. století.
02: 00.0 V polovině 17. století začal pacifický námořní obchod s kožešinami
02: 05.1 s objevením Nového světa Rusy
02: 08.1 a objev obrovských kožešinových zdrojů,
02: 11.1 a zejména zdroje vydry mořské, napříč severním Pacifikem,
02: 13.2 a tím začalo dlouhé období nadměrného využívání
02: 17,3 a vyhynutí mořských vyder po většinu jejich dosahu.
02: 23.1 To ilustruje povahu pacifického námořního obchodu s kožešinami
02: 27.1 a zdůrazňuje, že Pacific Maritime Fur Trade
02: 30.2 byla porucha, kterou jsme použili
02: 33.0 k pochopení dynamických procesů v tomto systému.
02: 36.2 Na tomto snímku je znovu zobrazena modrá čára,
02: 38,3, který ukazuje historický rozsah mořských vyder,
02: 41,0 a malé červené tečky jsou místa
02: 43,2 známých přežívajících kolonií na konci obchodu s kožešinami,
02: 48.1, který skončil na počátku 20. století.
02: 51.1 Na začátku obchodu s kožešinami
02: 53.0 pravděpodobně existoval nejméně milion mořských vyder
02: 55.1 napříč severním Tichým oceánem, možná mnoho dalších.
02:58.1
03: 00.2 Ke konci obchodu s kožešinami jich bylo hodně pod tisíc,
03: 03.1 a těch pár zbývajících zvířat se objevilo
03: 06.1 v několika izolovaných koloniích.
03: 08.0 Tyto kolonie byly chráněny mezinárodní smlouvou v letech 1912, 1913,
03: 15.1 přesně v tu dobu,
03: 17.0 a začali se vzpamatovávat.
03: 18.3 Následně byla zvířata odebrána z těchto obnovených kolonií
03: 21.1 a byli přemístěni do jiných částí historického dosahu
03: 25,0 ve snaze repatriovat druhy
03: 28.1 v celém svém přirozeném prostředí,
03: 29.2, a to je znázorněno zelenými tečkami zde.
03: 31.2 Takže červené tečky a zelené tečky
03: 33,2 představují místa, kde byla vydra znovu zavedena,
03: 36,1 a všechna místa mezi nimi
03: 38.2 jsou místa, kde se kdysi vyskytovala, ale již nevyskytovala.
03: 43.0 Vše, co jsme udělali, je jednoduše porovnat místa, kde se vyskytují
03: 46,0 s místy, kde se nevyskytují,
03: 47,3 a sledovali jsme místa, která se znovu zabarvila
03: 50.2 a jak se tyto ekosystémy změnily
03: 53,0, protože čísla vydry se časem zvyšovala.
03: 56.1 Toto jsou místa, kde byla práce provedena:
03: 58,3 aleutské souostroví,
04: 00.2 Jihovýchodní Aljaška a ostrov Vancouver,
04: 03.1 a, jak jsem již zmínil,
04: 06.0 jednoduše, co jsme udělali, velmi jednoduše,
04: 08.0 je pohled na oblasti s mořskou vydrou i bez ní v těchto velkých oblastech
04: 11.2 a místa jsme kontrastovali v čase
04: 13.1, protože množství vyder rostlo a ubývalo.
04: 17.2 Jaká jsou tedy zjištění?
04: 21.2 Velmi jednoduše, pokud se podíváte na místa, kde jsou vydry hojné,
04: 24.1 To, co vidíte, jsou hojné řasy
04: 27,1 a relativně málo mořských ježků,
04: 28.2 a pokud se vydáte do blízkých míst, kde jsou vydry
04: 31.0 kdysi byly hojné, ale nyní jsou pryč,
04: 32.2 vidíte hojné ježovky a prakticky žádné řasy,
04: 36,1, jak je znázorněno vpravo zde.
04: 37,3 Ostrov Amchitka. tyto fotografie byly pořízeny na začátku 70. let minulého století.
04: 41,3 Ostrov Amchitka byl místem, kde žila populace vydry
04: 44,1 se vzpamatovalo z toho, co si myslíme, že je jejich přirozená historická hojnost.
04: 47.1 Ostrov Shemya, který je několik set mil
04: 50,2 západně od ostrova Amchitka.
04: 53,0 vydry byly vyhubeny na Shemya
04: 54,3 a na Shemya se nevrátili ani se nevzpamatovali
04: 58,0 v době, kdy byly tyto fotografie pořízeny.
04: 59.2 Takže zde můžete vizuálně, velmi jasně a jednoduše vidět,
05: 02.2 jaké jsou rozdíly mezi systémem
05: 05.2 s mořskými vydrami i bez nich.
05: 07.2 Takže, co se to tu děje?
05: 08.2 Zde se děje to, čemu říkají ekologové
05: 11,0 trofická kaskáda.
05: 12.1 To znamená, že vydry mají omezující účinek shora dolů na ježky,
05: 16.1 Ježci mají na řasy omezující účinek shora dolů.
05: 20.2 Přidáním vydry do systému,
05: 22.3 odstraní ježky nebo sníží ježky,
05: 25.0, čímž se uvolní řasy pod kontrolou ježků,
05: 29.0, takže v systému s vydrami máme hojnou řasu,
05: 33.0 a v systému bez vydry máme hojné ježky
05: 35,2 a relativně málo řas.
05: 39.2 Takže to je vše, ale jaké jsou některé z širších důsledků toho?
05: 43.1 No, širší dopady tohoto,
05: 46,0 jak vám dnes povím,
05: 48.1 Do značné míry točí řasy a co se stane
05: 51.1 když máme systémy s a bez lesů řasy,
05: 53.1 a já vám o tom povím
05: 55.2 tři nebo čtyři malé viněty efektů
05: 58,1, které se odštěpily z této trofické kaskády
06: 01.0 tomu říkáme nepřímé efekty trofické kaskády.
06: 03.2 Povím vám o tom, jak se to projevuje množstvím ryb.
06: 07.0 Povím vám o tom, jak se to projevuje
06: 10.1 v chování různých dalších spotřebitelů.
06: 14.2 Řeknu vám, jak to ovlivňuje
06: 17.1 tomu, čemu říkáme primární produkce pobřežního systému.
06: 21.0 A já vám řeknu, jak se to vrací,
06: 22,3 nebo má vliv,
06: 24.2 o fyzickém prostředí prostřednictvím sekvestrace oxidu uhličitého
06: 28.2 procesem fotosyntézy.
06: 33.0 Toto jsou některá data ze studie
06: 35.1, které jsme s kolegy provedli před několika desítkami let
06: 38,3, ve kterém jsme vzali slávky -
06: 43.0 mušle jsou to, čemu říkáme filtrovací krmítka,
06: 44,3 a toto jsou mladí mušle
06: 47,1, které vyrostly v Friday Harbors Labs,
06: 49.0 University of Washington,
06: 50.2 přemístěno na Aleutské ostrovy,
06: 52.1 a vysazeny na ostrovy s mořskou vydrou i bez ní,
06: 55,2, a tedy na ostrovy s bohatými řasovými lesy i bez nich.
06: 57.2 A to, co zde můžete vidět, je
07: 00.1 rozdíl v tempu růstu za období jednoho roku,
07: 02,3 tmavý pruh ukazující rychlost růstu
07: 06,2 těchto filtračních krmítek v místech, kde byly vydry hojné
07: 08,3 a ukazuje se světle šedý pruh
07: 11.2 srovnatelné rychlosti růstu a srovnatelná stanoviště
07: 13.1 kde chybí vydry,
07: 15.0 a co z toho vidíte, je rychlost růstu těchto podavačů filtrů
07: 17,1 jsou asi dvakrát tak vysoké, kde jsou vydry hojné
07: 20,0 ve srovnání s tím, kde chybí.
07: 22.1 Proč to je?
07: 23.1 Je to jednoduše proto, že primární produkce,
07: 25.0 množství autotrofů, těchto fotosyntetizujících řas,
07: 27,3 je mnohem vyšší v systémech s vydry
07: 30,0 než v systémech bez vydry,
07: 31,3, a proto tento spotřebitel, v tomto případě mušle,
07: 34.2, což je materiál k jídlu
07: 37.1, kterou zajišťují prvovýrobci,
07: 39,2 roste rychleji tam, kde jsou vydry mořské hojné, ve srovnání s místy, kde chybí.
07: 43.2 Toto jsou údaje o množství ryb,
07: 45.2 znovu, tmavý pruh zobrazující informace
07: 48.1 odkud jsou vydry mořské hojné,
07: 50.1 světelná lišta zobrazující srovnatelné informace
07: 52.0 z míst, kde chybí,
07: 53,3 a co z toho vidíte, je to
07: 56,0 opatření, která máme o množství ryb
07: 58,1 naznačují, že jsou téměř o řád větší
08: 01.0 kde jsou vydry hojné ve srovnání s místy, kde chybí.
08: 03.2 Takže jednoduše proto, že tato zvířata závisí na řase
08: 07.0 pro stanoviště a jídlo,
08: 09,1 řasa je hojnější tam, kde jsou vydry hojnější,
08: 10.2, a proto jsou ryby hojnější tam, kde jsou vydry hojnější.
08: 14.0 Toto jsou některé údaje o stravě
08: 18.1 další druh spotřebitele v těchto pobřežních ekosystémech.
08: 20.1 V tomto konkrétním případě
08: 21.2 Racek, Glacous okřídlený Racek,
08: 23.2 a dovolte mi jen trochu vysvětlit, co data ukazují.
08: 27.0 V tomto konkrétním panelu vám ukazuji
08: 30,1 relativní podíl ryb na bezobratlých
08: 34,0 v dietě racků
08: 36,0 mezi místy, kde jsou vydry hojné,
08: 37,3 to jsou černá data, černé pruhy,
08: 41,0 a místa, kde chybí vydry,
08: 43.2 to jsou světelné pruhy, šedé pruhy.
08: 45.1 A můžete vidět, že když jsou vydry hojné
08: 47,3 tito racci se živí téměř výhradně rybami
08: 49.2, když jsou vydry ztraceny ze systému
08: 52.0 vzdávají se krmení ryb, aby se uživili nyní hojnějšími bezobratlými.
08: 57.1 Toto jsou srovnatelná data
08: 59.2 o dietě jiného spotřebitele v systému,
09: 01.1 v tomto konkrétním případě orel bělohlavý.
09: 03.1 A co tady zase můžete vidět,
09: 05.1 při pohledu na místa s vydry i bez nich,
09: 07.1 je, že orli jedí zhruba rovnoměrnou směs
09: 11.2 mořští savci, mořští ptáci a ryby
09: 14.2, když jsou vydry hojné,
09: 15,3 a když se ze systému ztratí vydry
09: 17.2 podíl mořských savců
09: 20.1 a podíl ryb v jejich stravě klesá
09: 21,3 a množství mořských ptáků stoupá.
09: 24.0 Takže celkové složení hlavních věcí, kterými se živí
09: 28.1 souvisí s účinky vydry mořské na tento pobřežní ekosystém.
09: 32.2 Nakonec vám chci říci něco málo o
09: 36.0 některé nedávné práce, které jsme udělali na potenciálním efektu sekvestrace
09: 39,0 této trofické kaskády,
09: 40.2, tj. Posílení prvovýrobců o mořské vydry,
09: 43,3 na atmosférický oxid uhličitý.
09: 46.0 A proč bychom to považovali za zajímavou věc?
09: 49.1 Protože oxid uhličitý je materiál, který pohání fotosyntézu.
09: 52.3 Pokud máte v systému druh rostliny, který je hojnější,
09: 57.1 dalo by se očekávat, že rychlost fotosyntézy
09: 58,3 bude vyšší,
10: 00.2 a tedy čerpání oxidu uhličitého z okolního prostředí
10: 03,3 a okolní oceány budou větší.
10:05.2 So, when we look at this, we find that in fact
10:08.1 the sea otter effect is substantial,
10:10.1 that sea otters are responsible.
10:13.2 a system with sea otters will draw down
10:16.0 about 10% of the overlying carbon dioxide in the atmosphere,
10:19.3 compared to a system without sea otters.
10:22.1 Or, if we put this in a slightly different context
10:24.2 and asked the question,
10:26.2 how much of the increase in atmospheric carbon dioxide
10:29.2 that has followed the onset of the industrial revolution
10:33.1 might this accommodate?
10:36.1 It's about half.
10:38.1 We can put this into dollar terms,
10:40.2 because carbon is something that's been valued
10:43.1 on what we carbon exchanges or carbon markets,
10:45.2 and when we do that, and these data are based on
10:48.1 the value of carbon in the European carbon market
10:51.3 as of 2012,
10:53.2 we see that, in the areas that I've been working,
10:56.2 the standing biomass effect of sea otters on kelp
11:00.1 is potentially worth somewhere between 200 and 400 million dollars.
11:04.1 And the potential sequestration effect of that,
11:07.2 that is, the amount of that carbon that's being put into the bank,
11:10.3 and in this case the bank is the deep sea.
11:13.1 carbon is translocated in some cases to the deep sea.
11:16.2 depending upon how much of that carbon that's fixed by the kelp
11:21.1 goes into the deep sea,
11:23.1 that value may range anywhere up to almost a billion dollars.
11:27.2 So, now I want to change gears
11:29.2 and talk about evolutionary consequences of these species interactions,
11:32.3 and why would I do that?
11:34.1 Because evolution is a consequence of natural selection,
11:37.3 and natural selection is going to be affected by
11:42.2 the strength of interspecies interactions,
11:44.1 and we see strong species interactions in this system
11:46.3 that are a consequence of these apex predators,
11:49.1 in this particular case a sea otter.
11:53.1 So, I'm going to focus on one particular part of this trophic cascade
11:56.2 that I've told you about,
11:58.2 and that is the interaction between the herbivores and the plants,
12:01.1 and how is it that sea otters may have influenced
12:04.2 the evolutionary dynamics between these herbivores and plants.
12:09.2 We can see from this illustration,
12:11.2 and from what I've told you before,
12:13.2 that in systems with sea otters
12:16.2 the strength of the interaction between the herbivores,
12:18.2 that is the sea urchins in this case,
12:21.2 and the kelps is going to be very weak,
12:24.2 and when otters are lost from the system
12:27.2 the strength of that interaction is going to increase substantially.
12:30.2 So, how might we approach the question of,
12:33.1 what were the evolutionary consequences of this interaction?
12:36.1 The way my colleagues and I have done this
12:38.2 is simply by looking elsewhere in the world,
12:40.3 where there is a kelp forest that evolved in the absence of sea otters,
12:44.2 so we chose to do this in the
12:48.0 southwestern temperate Pacific
12:51.1 in the area of Australia and New Zealand,
12:53.1 which has a very physically similar system to the North Pacific
12:56.2 in that it's a cold water system that has fleshy macroalgae
12:59.1 that are very similar to kelps,
13:00.3 but it lacks a predator on the sea urchins in that system,
13:04.2 and the other grazers, like sea otters.
13:07.2 So, the first thing that my colleagues and I did
13:11.1 to try to get some sense of the changes in the strength
13:13.3 of plant-herbivore interactions between these various systems
13:17.3 is that we measured the rate of tissue loss
13:21.2 in fleshy macroalgae on the sea floor to herbivory,
13:24.3 and the way that we did this was we simply took a kelp plant,
13:27.1 we put it on the sea floor,
13:29.0 we stuck another kelp plant next to it in a cage
13:31.2 from which the herbivores were excluded,
13:33.1 and we contrasted the rate of tissue loss over 24 hours
13:37.2 between these experimental and control,
13:40.1 caged and uncaged, treatments.
13:42.2 The data that you see here are the relative differences
13:45.3 between grazing intensity in different parts of the world.
13:48.1 So, on the very far right
13:51.0 you'll see data from Shemya Island,
13:53.1 which I told you before is a place where otters are absent in the North Pacific,
13:57.1 and what you can see there is that the rate of grazing,
13:59.2 as indicated by the black bar, is very high.
14:03.1 If you go over to the far left-hand side of this graph,
14:07.1 what you will see are comparable data done from the exact same sort of experimental protocol
14:11.1 at Amchitka Island, where otters are abundant,
14:13.3 and there what you see is that the intensity of grazing
14:16.2 is virtually zero.
14:18.3 And then if you go to Australia or New Zealand,
14:21.0 in this particular case these are data from
14:23.2 four different marine reserves in New Zealand,
14:26.1 what you see is something that was very exciting to us,
14:28.1 and that is that the intensity of grazing
14:32.1 is much less than it is in systems
14:35.0 where sea otters are absent in the North Pacific,
14:36.2 but much higher than it is in systems
14:40.0 where sea otters are present in the North Pacific.
14:42.0 In other words, the intensity of herbivory
14:44.1 in these southern hemisphere kelp forest systems
14:46.2 is clearly higher than it is in natural systems in the North Pacific,
14:50.1 where sea otters are present.
14:52.1 That led us to believe that there would be
14:55.1 some sort of coevolutionary response in the dynamics
14:58.2 between the herbivores and the plants in this system.
15:02.2 What might we expect to see as a consequence of that?
15:05.1 Well, we knew going into this that
15:08.0 the most likely way in which marine plants
15:10.3 are able to defend themselves,
15:12.2 or the most well-known way in which marine plants are known to defend themselves against herbivores,
15:17.3 is through chemical defenses.
15:19.2 And in the case of brown algae,
15:22.0 the kelps and the things that are related to them,
15:24.0 the common group of compounds that does this
15:27.1 are compounds called phlorotannins,
15:29.0 and I've drawn the molecular structure here of one of those phlorotannins.
15:33.2 There are many other molecules and, categorically,
15:36.3 they seem to pretty much act the same way
15:39.2 in terms of the way that they affect herbivores in those systems.
15:43.0 So, this is an illustration that shows
15:45.2 the composition of the various different plant species
15:49.2 in the northern hemisphere,
15:51.0 in the panel on the top,
15:52.3 and the southern hemisphere,
15:54.3 in the panel on the bottom,
15:56.2 and what it shows is the proportion of dry weight of these plants
16:00.3 that is composed of phlorotannins,
16:03.1 and what you see, in contrast in these two different areas of the world,
16:06.1 is that the composition of the plants in terms of the phlorotannin concentrations
16:09.3 is radically different between the North Pacific, where they're very uncommon,
16:14.0 and the South Pacific, where they're very abundant.
16:16.2 So, the overall average percent dry weight
16:20.1 of phlorotannins in southern hemisphere kelp species
16:23.0 is about 10%
16:25.0 in the northern hemisphere it's less than 1%.
16:28.1 The next question that my colleagues and I asked was,
16:31.1 how are the herbivores in these two different parts of the world
16:35.0 reacting to these phlorotannins?
16:37.2 Now, this was a little bit tricky because
16:40.2 there are lots of other differences between the plants,
16:42.2 and so it wasn't simply a matter of looking at rates of grazing.
16:45.1 What we had to do was isolate the compounds
16:48.0 and then subject the herbivores to
16:52.1 diets that varied only in the composition of these secondary compounds.
16:55.3 So, what we did is we took a green algae called Ulva
17:00.2 that every known herbivore in the marine environment likes to eat,
17:03.1 it's very poorly defended and very nutritious,
17:05.2 we freeze-dried this stuff, we ground it up,
17:08.2 and we put it into little agar discs,
17:10.2 and that's what you see here.
17:12.0 So, these agar discs are then the grazing model
17:15.1 that we exposed to the various herbivores.
17:17.2 We were then able to manipulate the concentration of phlorotannins
17:21.2 s in these discs
17:24.1 and thereby look at how the phlorotannins, in isolation of everything else,
17:27.2 was influencing the grazing rate of the herbivores.
17:31.0 And all we did was simply build these discs
17:33.3 using different phlorotannin concentrations
17:35.2 from different plants
17:38.2 and then look at how herbivores in the northern and southern hemisphere
17:41.1 responded to varying concentrations of phlorotannins.
17:45.1 And here's an illustration that shows the results.
17:48.1 So, what you see here is a whole bunch of data,
17:51.0 it's fairly complicated in terms of there's a lot of material here,
17:53.2 but keep in mind that the big 'NS' values
17:57.1 are indicative of no effect of the phlorotannins,
18:00.0 and the little stars indicate that there was a significant deterrent effect.
18:04.3 So, all of the data on the left side of the vertical line in the middle, here,
18:09.1 are data from herbivores that came from the northern hemisphere,
18:13.0 and all the information you see on the right hand side of the panel
18:16.1 is from herbivores from the southern hemisphere.
18:20.1 And you can immediately see from this that
18:23.2 regardless of whether the phlorotannins came from southern hemisphere algae
18:27.2 or northern hemisphere algae,
18:29.1 they were deterrent to northern hemisphere herbivores
18:32.0 but largely undeterrent or nondeterrent
18:34.2 to southern hemisphere herbivores.
18:36.2 So, I've just encapsulated this in a simplification of that illustration
18:41.3 to show that in the North Pacific
18:44.1 we see a strong deterrence effect of phlorotannins,
18:48.3 regardless of where the phlorotannins are from,
18:52.1 whether they come from the northern hemisphere or the southern hemisphere,
18:54.1 and in Australasia we see either a weak deterrence or no deterrence effect
18:58.2 regardless of where the phlorotannins were from.
19:01.2 So, based on all of what I have told you,
19:03.3 we have come to this view of the coevolutionary dynamic consequences
19:09.0 of sea otters in the North Pacific.
19:11.0 In the southern hemisphere,
19:13.3 we have a two trophic level system,
19:15.3 we don't have an ecological analogue of the sea otter.
19:18.2 As a consequence, the intensity of herbivory on the plants is high.
19:22.2 As a consequence of that,
19:25.0 the plants appear to have evolved defenses in the form of high concentrations of phlorotannins,
19:29.0 and as a consequence of those high concentrations of phlorotannins
19:32.1 the herbivores, in turn, have evolved resistance.
19:35.2 So, we've had a strong coevolution
19:38.2 of defense and resistance
19:40.2 in the south hemisphere kelp forests.
19:42.3 In the northern hemisphere, we've had a third trophic level
19:45.3 in the form of the sea otter.
19:47.2 The sea otter reduces the herbivore,
19:49.3 thus it breaks this coevolutionary arms race,
19:52.1 and as a consequence what we see are
19:55.2 really poorly defended plants
19:58.1 and we see herbivores that have not developed an ability
20:01.0 to resist those defenses because they've never had to.
20:06.2 So, I've made the argument that there has actually been
20:10.0 important coevolutionary going on in this system
20:12.1 that's a consequence of an apex predator.
20:14.2 What are some of the ecological spinoffs
20:16.2 or other effects that this might have had
20:18.3 on other species and patterns in the system?
20:21.1 I'm going to spend a little bit of time telling you about that now.
20:25.1 So, this is an illustration that shows
20:28.1 the co-occurrence of the abundance of plants,
20:31.1 that is, kelps, and herbivores,
20:33.3 that is, urchins,
20:36.0 in both the northern hemisphere and the southern hemisphere.
20:38.1 So, the panel on the top are
20:41.2 data from Southeast Alaska in the northern hemisphere.
20:43.1 The panel on the bottom are data from New Zealand.
20:47.1 In the upper panel, the filled symbols
20:50.1 are data from places where sea otters are abundant
20:53.0 the open symbols are data from places where sea otters are absent.
20:57.2 And what you can see in the northern hemisphere is that
21:00.1 when sea otters are present
21:02.1 the abundance of sea urchins is very low
21:04.2 and the abundance of kelps is high,
21:06.2 and when sea otters are present.
21:09.0 or, I'm sorry, absent,
21:11.2 the abundance of kelps is very low
21:13.2 and the abundance of sea urchins is very high.
21:15.2 And in this graph, which we call a state-space diagram,
21:19.0 which shows the abundance of two co-occurring species
21:20.2 in relation to one another,
21:23.0 all the data points occur at the perimeter,
21:25.1 that is, they occur in this sort of hyperbolic relationship
21:27.2 along both of the two axes,
21:29.1 but you never see any place in the North Pacific
21:32.2 where both urchins and kelps co-occur in high abundance,
21:37.2 or very few, and in these particular sites where we sampled, none.
21:40.3 If you go to New Zealand and make the same measurements,
21:43.2 you see a radically different pattern in terms of
21:46.2 the way in which herbivores and plants live together,
21:48.2 and you can see this from the symbols in this illustration.
21:51.3 The symbols are not important,
21:54.0 all that's really important for you to note here
21:56.0 is that this state-space diagram is populated extensively
21:59.2 by points where both herbivores and plants are abundant.
22:03.1 So, this, we believe, is one of the ecological spinoffs
22:06.3 of this coevolutionary arms race that I told you about
22:10.2 that is driven by the existence of sea otters in the North Pacific Ocean.
22:15.1 What about other species?
22:17.0 How might they have been affected?
22:19.1 We aren't terribly sure of this,
22:22.0 but one example that is very intriguing has to do with
22:25.0 what we call the Hydrodamaline sirenians.
22:27.0 So, the Hydrodamaline sirenians
22:29.2 are a lineage of manatee-like or dugong-like creatures
22:33.1 that are fairly closely related to tropical dugongs
22:36.3 in the tropical Pacific.
22:38.2 So, dugongs, as you may know,
22:40.3 as sea grass feeders, and they live in the tropics,
22:43.0 but with the cooling of the poles,
22:46.1 what happened was that a lineage of that family of dugong and sirenians
22:51.1 formed what are called the Hydrodamalines,
22:53.2 and the Hydrodamalines radiated into the North Pacific
22:56.1 and they became kelp feeders.
22:58.1 And what's interesting about this particular radiation of mammals
23:02.0 is that the only place in the world that it occurred
23:05.1 is in the North Pacific,
23:06.3 and the only place in the world where we have flora
23:09.0 that seems to be good for herbivores to eat
23:11.1 is also in the North Pacific.
23:13.2 So, we have imagined, and the argument can be made,
23:16.0 that the evolution of the Steller sea cow was, in fact,
23:19.0 a consequence of the fact that sea otters occurred in this system
23:21.2 and created a food resource that made it possible for them to do this.
23:26.2 Another group that's interesting in this context are the abalones.
23:29.0 The abalones are an old group of gastropod mollusks,
23:33.1 and here are pictures of abalones,
23:35.1 and one of the most interesting thing about abalones
23:37.2 is the tremendous variation in maximum body size across species.
23:42.2 So, you see that here in this illustration.
23:44.0 The figure on the left is a tropical abalone
23:46.2 or a warm water abalone,
23:48.2 Haliotis varia,
23:50.3 and the part of the abalone you see on the right
23:53.0 is a cold water abalone from the North Pacific,
23:55.1 this is the red abalone, Haliotis rufescens,
23:58.3 and you see the radical different in body size.
24:00.3 So, the question is,
24:04.1 how might the evolution of the food resource of abalones,
24:07.1 which are kelps,
24:09.1 influence their body size and the evolution of maximum body size?
24:12.1 And you can see that in this illustration.
24:14.1 So, what this illustration shows is
24:19.1 information on the extant (currently living) abalone faunas
24:23.1 from all the different oceans of the world,
24:26.1 and the data on the maximum shell length
24:29.0 or the maximum body size from these different faunas.
24:31.1 And what you can see is that in Australia, New Zealand,
24:35.3 the Indo-Pacific, the Mediterranean,
24:37.3 South Africa, and everywhere,
24:40.1 the maximum body size of abalones is substantially less
24:43.1 than it is in the North Pacific,
24:46.3 and we believe that this has quite a bit to do with the fact that
24:51.1 the food resources that these abalones have evolved
24:54.1 feeding on is a very nutritious food resource
24:57.2 and that, again, is a consequence of the existence of the sea otters in the system.
25:01.2 So, to wrap up, let me recap
25:04.0 what I have told you about sea otters in kelp forests.
25:06.0 I've told you something about the approach that we have used,
25:08.2 that my colleagues and I have used in understanding the dynamics of this system
25:13.0 and in particular how sea otters fit into those dynamic processes.
25:16.1 We have done that by first modularizing the food web,
25:19.1 focusing on species that seemed to matter
25:22.0 so far as the sea otter is concerned,
25:23.3 and then we have used a perturbational analysis
25:26.1 and in this particular case we've used the North Pacific Maritime Fur Trade
25:29.3 to manipulate the abundance of otters in the system
25:32.1 and to observe dynamic consequences
25:35.1 of their ecological interactions by doing that.
25:38.1 The general findings are that
25:41.1 we have discovered what we call a trophic cascade,
25:43.1 that is, an interaction that starts high in the food web
25:47.2 with this apex predator, the sea otter,
25:49.2 and flows downward through sea urchins and kelp,
25:52.1 that this trophic cascade has what I call serpentine influences
25:56.3 on many other ecological processes and species in the system,
26:00.2 I've given you an overview of a few of those,
26:03.2 and that these strong ecological interactions
26:05.2 have led to natural selection and evolution.
26:10.2 I should acknowledge both my collaborators
26:13.3 and some of the support that we have received for this work over the years.
26:17.1 My collaborators are posted on the left
26:19.3 and the major funding sources for the work that we've done
26:23.1 are listed on the right.
26:25.1 Thank you for your attention and I hope you'll come back and join us for Part III,
26:27.2 which will be an exploration of other large species of apex predators
26:31.1 and other ecosystems.


Chapter 48 - Ecosystems and Human Interference

První termodynamický zákon: Energy can be changed from one form to another, but it cannot be created or destroyed. The total amount of energy and matter in the Universe remains constant, merely changing from one form to another. Energy is always conserved, it cannot be created or destroyed. (This is often called the Law of Conservation of Energy)

Druhý termodynamický zákon: in all energy exchanges, if no energy enters or leaves the system, the potential energy of an end state will be less than its starting state. This is called ENTROPY. Living things must add energy to their systems to maintain order and life.

Food Webs and Food Chains

Food webs illustrate how energy is transferred in an ecosystem.

Ecological Pyramids also illustrate relationships

Pyramids also illustrate the relative numbers of species.

In any system, there will be more individuals lower on a food chain. An ecosystem can only support a small number of top predators.


Molecular EcoSystems Biology

Mise
The Molecular EcoSystems Biology Department will provide fundamental knowledge and tools to understand organismal interactions at the molecular level.

Vidění
Understanding interactions between natural and engineered organisms will enable us to improve the environment and use resources more efficiently.

Přístup
– Obtain a molecular and biochemical understanding of organismal interactions in natural, perturbed, cultivated and constructed ecosystems.
– Engineer plants, microbes and microbial communities to improve resilience and sustainability of bioenergy crops, including tolerance to stress, efficient nutrient acquisition, and enhanced carbon sequestration.
– Develop models to predict ecosystem response to perturbations.
– Understand how organismal interactions drive evolution of ecosystems.
– Develop tools and new approaches to study molecular interactions in ecosystems.


CITOVANÁ LITERATURA

Alaska Department of Fish and Game (ADFG). 2017. Lingcod (Ophiodon elongatus) Species profile. ADFG, Juneau, Alaska, USA. [online] URL: http://www.adfg.alaska.gov/index.cfm?adfg=lingcod.main

Alaska Department of Fish and Game (ADFG). 2018. 1964-2017 Sitka Sound herring spawn locations. ADFG, Juneau, Alaska, USA. [online] URL: http://www.adfg.alaska.gov/index.cfm?adfg=commercialbyareasoutheast.herring_spawnlocations

Archer, S. K., A. S. Kahn, S. P. Leys, T. Norgard, F. Girard, C. Du Preez, and A. Dunham. 2018. Pyrosome consumption by benthic organisms during blooms in the northeast Pacific and Gulf of Mexico. Ekologie 99(4):981-984. https://doi.org/10.1002/ecy.2097

Aydin, K., S. Gaichas, I. Ortiz, D. Kinzey, and N. Friday. 2007. A comparison of the Bering Sea, Gulf of Alaska, and Aleutian Islands large marine ecosystems through food web modeling. U.S. Department of Commerce. NOAA Technical Memorandum NMFS-AFSC-178, Seattle, Washington, USA.

Biedenweg, K. 2017. A comparative study of human well-being indicators across three Puget Sound regions. Society and Natural Resources 30(3):362-376. https://doi.org/10.1080/08941920.2016.1209606

Bishop, M. A., and S. P. Green. 2001. Predation on Pacific herring (Clupea pallasi) spawn by birds in Prince William Sound, Alaska. Fisheries Oceanography 10(s1):149-158. https://doi.org/10.1046/j.1054-6006.2001.00038.x

Blaxter, J. H. S., and B. Parrish. 1965. The importance of light in shoaling, avoidance of nets and vertical migration by herring. ICES Journal of Marine Science 30(1):40-57. https://doi.org/10.1093/icesjms/30.1.40

Breslow, S. J., B. Sojka, R. Barnea, X. Basurto, C. Carothers, S. Charnley, S. Coulthard, N. Dolšak, J. Donatuto, C. García-Quijano, et al. 2016. Conceptualizing and operationalizing human well-being for ecosystem assessment and management. Environmental Science and Policy 66:250-259. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2016.06.023

Brodeur, R., I. Perry, J. Boldt, L. Flostrand, M. Galbraith, J. King, J. Murphy, K. Sakuma, and A. Thompson. 2018. An unusual gelatinous plankton event in the NE Pacific: the great Pyrosome bloom of 2017. PICES Press 26(1):22-27.

Brodeur, R. D., and M. T. Wilson. 1996. A review of the distribution, ecology and population dynamics of age-0 walleye pollock in the Gulf of Alaska. Fisheries Oceanography 5:148-166. https://doi.org/10.1111/j.1365-2419.1996.tb00089.x

Carey, M. A. 2016. Focus groups - What is the same, what is new, what is next? Qualitative health research 26(6):731-733. https://doi.org/10.1177/1049732316636848

Carls, M. G., S. Johnson, M. Lindeberg, A. Neff, P. Harris, and R. Waples. 2008. Status review of Lynn Canal herring (Clupea pallasii). Biological Review Team Report NOAA-NMFS-AFSC, Seattle, Washington, USA.

Carvalho, V. A., and J. P. A. Almeida. 2018. Toward a well-founded theory for multi-level conceptual modeling. Software & Systems Modeling 17(1):205-231. https://doi.org/10.1007/s10270-016-0538-9

Crawford, W. R., P. J. Brickley, and A. C. Thomas. 2007. Mesoscale eddies dominate surface phytoplankton in northern Gulf of Alaska. Progress in Oceanography 75(2):287-303. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2007.08.016

Fey, M., S. Weidlich, N. Leuthold, R. Ames, and M. Downs. 2016. Fishing communities of Alaska engaged in federally managed fisheries. North Pacific Fishery Management Council, Anchorage, Alaska, USA.

Fletcher, P. J., C. R. Kelble, W. K. Nuttle, and G. A. Kiker. 2014. Using the integrated ecosystem assessment framework to build consensus and transfer information to managers. Ecological Indicators 44:11-25. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.03.024

Gaichas, S. K., K. Y. Aydin, and R. C. Francis. 2010. Using food web model results to inform stock assessment estimates of mortality and production for ecosystem-based fisheries management. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 67(9):1490-1506. https://doi.org/10.1139/F10-071

Glass, J. R., G. H. Kruse, and S. A. Miller. 2015. Socioeconomic considerations of the commercial weathervane scallop fishery off Alaska using SWOT analysis. Ocean and Coastal Management 105:154-165. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2015.01.005

Gould, R. K., S. C. Klain, N. M. Ardoin, T. Satterfield, U. Woodside, N. Hannahs, G. C. Daily, and K. M. Chan. 2015. A protocol for eliciting nonmaterial values through a cultural ecosystem services frame. Biologie ochrany 29(2):575-586. https://doi.org/10.1111/cobi.12407

Guest, G., A. Bunce, and L. Johnson. 2006. How many interviews are enough? An experiment with data saturation and variability. Field Methods 18(1):59-82. https://doi.org/10.1177/1525822x05279903

Harvey, C. J., J. C. Reum, M. R. Poe, G. D. Williams, and S. J. Kim. 2016. Using conceptual models and qualitative network models to advance integrative assessments of marine ecosystems. Coastal Management 44(5):486-503. https://doi.org/10.1080/08920753.2016.1208881

Hay, D. E. 1990. Tidal influence on spawning time of Pacific herring (Clupea harengus pallasi). Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 47(12):2390-2401. https://doi.org/10.1139/f90-266

Himes-Cornell, A. H., K. R. Hoelting, C. Maguire, L. Munger-Little, J. Lee, J. Fisk, R. G. Felthoven, C. Geller, and P. Little. 2013. Community profiles for North Pacific Fisheries-Alaska. U.S. Department of Commerce. NOAA Technical Memorandum NMFS-AFSC-259, Seattle, Washington, USA.

Homan, R. 1991. The ethics of social research. Addison-Wesley Longman, London, UK.

Ingram, R. J., K. L. Oleson, and J. M. Gove. 2018. Revealing complex social-ecological interactions through participatory modeling to support ecosystem-based management in Hawai'i. Marine Policy 94:180-188. https://doi.org/10.1016/j.marpol.2018.05.002

International Council for the Exploration of the Sea (ICES). 2017. Interim Report of the ICES/PICES/PAME Working Group on Integrated Ecosystem Assessment (IEA) for the Central Arctic Ocean. WGICA Report. Steering group on Integrated Ecosystem Assessments ICESCM 2017/SSSGIEA:11, Seattle, Washington, USA.

Keeling, B., M. Hessing-Lewis, C. Housty, D. K. Okamoto, E. J. Gregr, and A. K. Salomon. 2017. Factors driving spatial variation in egg survival of an ecologically and culturally important forage fish. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems 27(4):814-827. https://doi.org/10.1002/aqc.2757

Kidd, P. S., and M. B. Parshall. 2000. Getting the focus and the group: enhancing analytical rigor in focus group research. Qualitative Health Research 10(3):293-308. https://doi.org/10.1177/104973200129118453

Kocan, R. M., P. K. Hershberger, N. E. Elder, and J. R. Winton. 2001. Epidemiology of viral hemorrhagic septicemia among juvenile Pacific herring and Pacific sand lances in Puget Sound, Washington. Journal of Aquatic Animal Health 13(2):77-85. https://doi.org/10.1577/1548-8667(2001)013<0077:EOVHSA>2.0.CO2

Krueger, R. A., and M. A. Casey. 2000. Focus groups: a practical guide for applied research. SAGE, Thousand Oaks, California, USA.

Ladd, C. 2007. Interannual variability of the Gulf of Alaska eddy field. Geophysical Research Letters 34(11):1-5. https://doi.org/10.1029/2007GL029478

Levin, P. S., S. J. Breslow, C. J. Harvey, K. C. Norman, M. R. Poe, G. D. Williams, and M. L. Plummer. 2016A. Conceptualization of social-ecological systems of the California current: an examination of interdisciplinary science supporting ecosystem-based management. Coastal Management 44(5):397-408. https://doi.org/10.1080/08920753.2016.1208036

Levin, P. S., M. J. Fogarty, S. A. Murawski, and D. Fluharty. 2009. Integrated ecosystem assessments: developing the scientific basis for ecosystem-based management of the ocean. Biologie PLoS 7(1):e1000014. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000014

Levin, P. S., T. B. Francis, and N. G. Taylor. 2016b. Thirty-two essential questions for understanding the social-ecological system of forage fish: the case of Pacific Herring. Ecosystem Health and Sustainability 2(4):e01213. https://doi.org/10.1002/ehs2.1213

Link, J. S., and H. I. Browman. 2014. Integrating what? Levels of marine ecosystem-based assessment and management. ICES Journal of Marine Science 71(5):1170-1173. https://doi.org/10.1093/icesjms/fsu026

Loher, T. 2008. Homing and summer feeding site fidelity of Pacific halibut (Hippoglossus stenolepis) in the Gulf of Alaska, established using satellite-transmitting archival tags. Fisheries Research 92(1):63-69. https://doi.org/10.1016/j.fishres.2007.12.013

Loher, T., and A. Seitz. 2006. Seasonal migration and environmental conditions of Pacific halibut Hippoglossus stenolepis, elucidated from pop-up archival transmitting (PAT) tags. Marine Ecology Progress Series 317:259-271. https://doi.org/10.3354/meps317259

Long, R. D., A. Charles, and R. L. Stephenson. 2015. Key principles of marine ecosystem-based management. Marine Policy 57:53-60. https://doi.org/10.1016/j.marpol.2015.01.013

Marasco, R. J., D. Goodman, C. B. Grimes, P. W. Lawson, A. E. Punt, and T. J. Quinn II. 2007. Ecosystem-based fisheries management: some practical suggestions. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 64(6):928-939. https://doi.org/10.1139/f07-062

Marty, G. D., T. J. Quinn II, G. Carpenter, T. R. Meyers, and N. H. Willits. 2003. Role of disease in abundance of a Pacific herring (Clupea pallasi) population. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 60(10):1258-1265. https://doi.org/10.1139/f03-109

McElhany, P., M. H. Ruckelshaus, M. J. Ford, T. C. Wainwright, E. P. Bjorkstedt. 2000. Viable salmonid populations and the recovery of evolutionarily significant units. U.S. Department of Commerce. NOAA Technical Memorandum NMFS-AFSC-42, Seattle, Washington, USA.

McLain, R., M. Poe, K. Biedenweg, L. Cerveny, D. Besser, and D. Blahna. 2013. Making sense of human ecology mapping: an overview of approaches to integrating socio-spatial data into environmental planning. Human Ecology 41(5):651-665. https://doi.org/10.1007/s10745-013-9573-0

Meyers, T. R., S. Short, and K. Lipson. 1999. Isolation of the North American strain of viral hemorrhagic septicemia virus (VHSV) associated with epizootic mortality in two new host species of Alaskan marine fish. Diseases of Aquatic Organisms 38(2):81-86. https://doi.org/10.3354/dao038081

Morgan, D. L. 1997. Focus groups as qualitative research. SAGE, Vol. 16, Thousand Oaks, California, USA. https://doi.org/10.4135/9781412984287

Moss, M. L., A. T. Rodrigues, C. F. Speller, and D. Y. Yang. 2016. The historical ecology of Pacific herring: tracing Alaska Native use of a forage fish. Journal of Archaeological Science: Reports 8:504-512. https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2015.10.005

Mueter, F. J., and B. L. Norcross. 2002. Spatial and temporal patterns in the demersal fish community on the shelf and upper slope regions of the Gulf of Alaska. Fishery Bulletin 100(3):559-581.

Mundy, P. R. 2005. The Gulf of Alaska: biology and oceanography. Alaska Sea Grant College Program, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, Alaska, USA. https://doi.org/10.4027/gabo.2005

Nøttestad, L., and B. E. Axelsen. 1999. Herring schooling manoeuvres in response to killer whale attacks. Canadian Journal of Zoology 77(10):1540-1546. https://doi.org/10.1139/z99-124

Olsson, P., and C. Folke. 2001. Local ecological knowledge and institutional dynamics for ecosystem management: a study of Lake Racken watershed, Sweden. Ekosystémy 4(2):85-104. https://doi.org/10.1007/s100210000061

Palacios-Agundez, I., I. Casado-Arzuaga, I. Madariaga, and M. Onaindia. 2013. The relevance of local participatory scenario planning for ecosystem management policies in the Basque Country, northern Spain. Ecology and Society 18(3):7. https://doi.org/10.5751/ES-05619-180307

Parker, K. S. 1988. Pacific halibut, Hippoglossus stenolepis, in the Gulf of Alaska. Pages 94-111 v N. J. Wilimovsky, L. S. Incze, and S. J. Westrheim, editors. Species synopses: life histories of selected fish and shellfish of the Northeast Pacific and Bering. Washington Sea Grant Program, Seattle, Washington, USA.

Pikitch, E. K., C. Santora, E. A. Babcock, A. Bakun, R. Bonfil, D. O. Conover, P. Dayton, P. Doukakis, D. Fluharty, B. Heneman, E. D. Houde, J. Link, P. A. Livingston, M. Mangel, M. K. McAllister, J. Pope, and K. J. Sainsbury. 2004. Ecosystem-based fishery management. Věda 305(5682):346-347. https://doi.org/10.1126/science.1098222

Poe, M. R., J. Donatuto, and T. Satterfield. 2016. “Sense of place”: human wellbeing considerations for ecological restoration in Puget Sound. Coastal Management 44(5):409-426. https://doi.org/10.1080/08920753.2016.1208037

Raymond-Yakoubian, J., B. Raymond-Yakoubian, and C. Moncrieff. 2017. The incorporation of traditional knowledge into Alaska federal fisheries management. Marine Policy 78:132-142. https://doi.org/10.1016/j.marpol.2016.12.024

Reum, J. C., P. S. McDonald, B. E. Ferriss, D. M. Farrell, C. J. Harvey, and P. S. Levin. 2015. Qualitative network models in support of ecosystem approaches to bivalve aquaculture. ICES Journal of Marine Science 72(8):2278-2288. https://doi.org/10.1093/icesjms/fsv119

Rohrbach, B., S. Anderson, and P. Laube. 2016. The effects of sample size on data quality in participatory mapping of past land use. Environment and Planning B: Planning and Design 43(4):681-697. https://doi.org/10.1177/0265813515618578

Rooper, C. N., and L. J. Haldorson. 2000. Consumption of Pacific herring (Clupea pallasi) eggs by greenling (Hexagrammidae) in Prince William Sound, Alaska. Fishery Bulletin 98(3):655-659.

Salter, J., J. Robinson, and A. Wiek. 2010. Participatory methods of integrated assessment-a review. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change 1(5):697-717. https://doi.org/10.1002/wcc.73

Sharpe, F. A., and L. M. Dill. 1997. The behavior of Pacific herring schools in response to artificial humpback whale bubbles. Canadian Journal of Zoology 75(5):725-730. https://doi.org/10.1139/z97-093

Shaw, W., and T. Hassler. 1989. Species profiles: life histories and environmental requirements of coastal fishes and invertebrates (Pacific Northwest): Lingcod. U.S. Fish and Wildlife Service. Biological Report 82(11.119). U.S. Army Corps of Engineers TR EL-82-4, Vicksburg, Mississippi, USA.

Sill, L. A., and M. Cunningham. 2017. The subsistence harvest of Pacific herring spawn in Sitka Sound, Alaska, 2016. Alaska Department of Fish and Game, Division of Subsistence. Technical Paper 435, Juneau, Alaska, USA.

Sisk, J. 2007. The southeastern Alaska salmon industry: historical overview and current status. Pages 1-15 v J. W. Schoen, and E. Dovichin, editors. The coastal forests and mountains ecoregion of Southeastern Alaska and the Tongass National Forest: a conservation assessment and resource synthesis. Southeast Alaska Conservation Assessment, Anchorage, Alaska, USA.

Sitka Economic Development Association (SEDA). 2017. Sitka, Alaska community profile 2017. SEDA, Sitka, Alaska, USA.

Skud, B. E. 1977. Drift, migration, and intermingling of Pacific halibut stocks. International Pacific Halibut Commission. Scientific Report 63, Seattle, Washington, USA.

Stabeno, P. J., S. Bell, W. Cheng, S. Danielson, N. B. Kachel, and C. W. Mordy. 2016. Long-term observations of Alaska coastal current in the northern Gulf of Alaska. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 132:24-40. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2015.12.016

Stabeno, P. J., N. A. Bond, A. J. Hermann, N. B. Kachel, C. W. Mordy, and J. E. Overland. 2004. Meteorology and oceanography of the Northern Gulf of Alaska. Continental Shelf Research 24(7-8):859-897. https://doi.org/10.1016/j.csr.2004.02.007

Stevenson, J. C. 1962. Distribution and survival of herring larvae (Clupea pallasi Valenciennes) in British Columbia waters. Journal of the Fisheries Board of Canada 19(5):735-810. https://doi.org/10.1139/f62-049

Strauss, A., and J. M. Corbin. 1990. Basics of qualitative research: grounded theory procedures and techniques. SAGE, Newbury Park, California, USA.

Thornton, T. F. 2015. The ideology and practice of Pacific herring cultivation among the Tlingit and Haida. Human Ecology 43(2):213-223. https://doi.org/10.1007/s10745-015-9736-2

Thornton, T. F., and H. Kitka. 2015. An indigenous model of a contested Pacific herring fishery in Sitka, Alaska. International Journal of Applied Geospatial Research 6(1):94-117. https://doi.org/10.4018/ijagr.2015010106

Thornton, T. F., M. L. Moss, V. L. Butler, J. Hebert, and F. Funk. 2010. Local and traditional knowledge and the historical ecology of Pacific herring in Alaska. Journal of Ecological Anthropology 14(1):81-88. https://doi.org/10.5038/2162-4593.14.1.7

Tremblay, M.-A. 1957. The key informant technique: a nonethnographic application. American Anthropologist 59(4):688-701. https://doi.org/10.1522/030608642

Wadsworth, R. M., K. Criddle, and G. H. Kruse. 2014. Incorporating stakeholder input into marine research priorities for the Aleutian Islands. Ocean and Coastal Management 98:11-19. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2014.06.003

Weingartner, T., L. Eisner, G. L. Eckert, and S. Danielson. 2009. Southeast Alaska: oceanographic habitats and linkages. Journal of Biogeography 36(3):387-400. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2008.01994.x

Whitney, F. A., W. R. Crawford, and P. J. Harrison. 2005. Physical processes that enhance nutrient transport and primary productivity in the coastal and open ocean of the subarctic NE Pacific. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 52(5-6):681-706. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2004.12.023

Wilkinson, S. 1998. Focus groups in health research: exploring the meanings of health and illness. Časopis psychologie zdraví 3(3):329-348. https://doi.org/10.1177/135910539800300304

Wolfe, R. J. 2004. Local traditions and subsistence: a synopsis from twenty-five years of research by the State of Alaska. Alaska Department of Fish and Game, Division of Subsistence, Juneau, Alaska, USA.


Podívejte se na video: Biologie Clasa a 6-a Lectia: Celula (Leden 2022).