Óraszám: 2+1, 1+1, kreditérték:

Átírás

1 A tárgy neve: Tárgyfelelős: A tantárgy adatai: Számonkérés módja: Kötelező előzmény: A tantárgy tematikája 1. félév Ökológia alapjai Tóthmérész Béla, Dr, egyetemi tanár Ökológia alapjai előadás Óraszám: 2+1, 1+1, kreditérték: 1. hét Biológiai szerveződési szintek. A szupraindividuális szerveződési szintek fogalma és dialektikája. Kollektivizációs szerveződési szintek: populáció, biocönózis és bióm. Individualizációs szerveződési szintek: egyed, faj, holocönózis és bioszféra. Az adott szerveződési szintekkel foglalkozó tudományterületek: taxonómia, cönológia és biogeográfia. A szünbiológia fogalma. Centrális hipotézis és centrális tény. Deviációs alapkérdés és a szünfenobiológia fogalma. A deviációs alapkérdésre adott válaszok alapján a chorológia, a fenológia és a populációbiológia, ill. cönológia, mint tudományterületek elkülönülése. A szünbiológia centrális problémája. 2. hét Az ökológia fogalma és helye a szünbiológián belül. Az ökológiai gondolkodásmód fejlődése: ösztönös, tudatos és szükségszerű ökológiai korszakok. Az ökológia faktor fogalma és levezetése, környezet és tűrőképesség. Tolerancia görbék felépítése, élőlények csoportosítása tűrőképességük szerint. Ökológiai limitáció fogalma. Liebig-törvény alkalmazása az ökológiában. Abszolút és relatív limitáció. Az ökológiai niche fogalma. Fundamentális és realizált niche. A kompetitív kizárás elve (Gauze-elv). 3. hét A populáció általános fogalma, faji populáció fogalma. Az egyedi variabilitás jelentősége a populációk stabilitása szempontjából. A populációk csoportosítása az elkülönülés módja szerint: allopatrikus, parapatrikus és szünpatrikus populációk. Metapopuláció fogalma és típusai, source és sink populációk fogalmának tisztázása. Populációrendszerek csoportosítása: klin, rassz, szemispecies, species fogalmának tisztázása példákon keresztül bemutatva. A populációk legfontosabb jellemzői: egyedszám, egyedsűrűség és az egyedek megoszlása. A megoszlás típusai és skálafüggése. 4. hét Az egyedszám és egyedsűrűség becslésének módszerei. A mintavételek hibái: saját és fajlagos hiba. Szórásokozó tényezők ismertetése és csökkentésük lehetséges módjai. Az ökológiai vizsgálatok során alkalmazott mintavételi módszerek rövid áttekintése. A kurzus keretében csak a legfontosabb módszerek kivitelezési módjának és alkalmazhatóságának ismertetésére térünk ki. Abszolút mintavételi módszerek. Teljes 1

2 számláláson (kvatrát és sávtranszekt) és részleges számláláson (vonalmenti transzekt) alapuló módszerek. Legközelebbi egyed és legközelebbi szomszéd módszerek. Arányváltozáson alapuló módszerek: fogás-visszafogás módszercsalád. 5. hét A víz: általános tulajdonságok és szerepe az élő szervezetben. Alapfogalmak. A növények vízállapota: poikilohidratúrás és homoiohidartúrás növények, a vízfelvétel és vízleadás típusai. Szteno-és euryhidrikus növények. Szárazságtűrés és adaptációk. A fény és ökológiai jelentősége: szubindividuális és individuális hatások, fénykompenzációs pont, heliofitonok, helio-szkiofitonok, szkiofitonok, szkotofil fajok, fotoperiodizmus, rövid- és hosszúnappalos növények, fénystressz. A spektrális energiaeloszlás ökológiai hatásai. Növényi formák: Az élet alapformáinak Warming féle rendszere, a Raunkiaer féle életforma-típus rendszer és kritikája. A Mueller-Dombois tipizálási rendszer. Az r és K stratégia, Grime féle CSR stratégia rendszer, Borhidi féle szociális magatartási típusok. A protocooperáció, a mutualizmus és szimbiózis. A mikorrhiza, szimbiotikus nitrogénfixáció, megporzási mutualizmusok. 6. hét Terjedésbiológiai alapfogalmak: terjedés, a terjedés tér- és időbeli aspektusai, diaspóra, autochoria, allochoria, generalizált terjedés, specializált terjedés, invázió, polychoria, heterodiaspóra és polymorph diasporák. A terjedési típusok Müller-Schneider (1977), Lufsteiner (1982) rendszerei és a főbb altípusok részletesebb ismertetése. A diaspóra-bank ökológia alapjai, alapfogalmak: dormancia, a magnyugalom kialakulásáért felelős okok, magbank, magbank tipizálási rendszerek. Reprodukciós stratégia, reproduktív allokáció, magméret, élettartam. Ivaros és ivartalan szaporodás, klonális növények és főbb jellemzőik. A társulások szerveződése és jellemzése: A holisztikus nézőpont: szuperorganizmus koncepció (Clements 1905), a rendszerszemléletű nézőpont: Braun-Blanquet (1928,1932), az individualisztikus nézőpont (Gleason 1926,1939). A vegetációfejlődés elméletei: Fluktuáció, ciklikus és direkcionális változások. Szukcesszió, primer és szekunder szukcesszió, biotikus és szekuláris szukcesszió, a fitoplankton szukcessziója, a terresztris szukcesszió elméletei. 7. hét Az állatökológia alapjai. Az állatok alkalmazkodása a környezeti tényezők változásához. Konformerek és regulátorok. A reguláció energiaigénye és az állatok nyeresége. A rövidhullámú sugárzás és az UV sugárzás állatokra kifejtett hatásai. A látható fény mennyisége és összetétele különböző szárazföldi és vízi élőhelyeken. Fotofil, fotofób és troglobiont fajok. A színezet típusai és jelentősége. A környezet hőmérsékletviszonyainak jellemzése különböző szárazföldi és vízi élőhelyeken. Poikilotherm és homeotherm fajok és alkalmazkodási mechanizmusaik. A hőmérséklet egyedfejlődésre, nyugalmi periódus kialakulására, valamint az állatok megoszlására és elterjedésére gyakorolt fontosabb hatásai. A víz sótartalmának állatokra gyakorolt hatásai. Poikilo-ozmotikus és homoozmotikus fajok. A környezet víztartalmának szárazföldi fajokra gyakorolt hatása. A víz felvételének típusai, védekezés a vízveszteséggel szemben. 2

3 8. hét Populációk közötti kapcsolatok típusai. A ragadozó-préda kapcsolatok általános jellemzői, problémák a kölcsönhatások éertelmezésében. Kapcsolat a préda és ragadozó populációk egyedszámváltozása között, ciklikusság kialakulása. Parazita-gazda kapcsolatok általános jellemzése. Paraziták és parazitoidok fogalma. Ekto- és endoparazita fogalma, alkalmazkodási mechanizmusai. A specializáció és a parazitizmus kapcsolata. Mutualizmus és szimbiózis, a mutualista kapcsolatok jelentősége. Állat-növény kapcsolatok általános jellemzése. A fitofág fajok csoportosítása. A növények védekező reakciói, az állatok alkalmazkodása. 9. hét A szárazföldi ökológia tárgya. Az atmoszféra és litoszféra főbb jellemzői. Növények és állatok szárazföldi életmódhoz való alkalmazkodásának főbb irányai. A légkör kémiai összetétele: alapgázok, vendéggázok és por, ezek jelentősége az élőlények szempontjából. A légkör fizikai jellemzői. A légkör fizikai jellemzői. A légmozgások főbb típusai és élőlényekre gyakorolt hatásai. Az idő, időjárás és klíma fogalma. A Föld legfontosabb klímaövei, Walter-Zólyomi féle klímadiagramok. Magyarország klímaterületei. A talaj fogalma. A talaj fizikai tulajdonságai (morzsalékosság, kötöttség, víztartalom, stb.) és ezek élőlényekre kifejtett főbb hatásai. A talajok kémiai jellemzői, legfontosabb elemek előfordulási formái. A talajok kémiai összetételének élőlényekre gyakorolt fontosabb hatásai. Magyarország legfontosabb talajtípusai. Az edafikus fauna életforma-típus szerinti csoportosítása: eudafikus, epedafikus és hemiedafikus fajok. Talajlakó fajok táplálkozásmód szerinti csoportosítása: szaprofág, nekrofág, koprofág, fitofág, valamint epizita fajok és ezek jelentősége szárazföldi rendszerekben. A tájökológia fogalma. A mozaikosság jelentősége és ökológiai folyosók. 10. hét A földfelszíni természeti egységek élőhelytipológiai szempontból három alapvető típusának, a vízi (akvatikus), a vizes (szemiakvatikus) és a szárazföldi (terresztris) élőhelyek jellemzése, a felületarányos vízmélység, a víztömeg, a vízforgalom, a makrovegetáció és a talaj vízellátottsága szempontjából, különös tekintettel a vizes (szemiakvatikus) élőhelyekre, mint a hazai víztereink túlnyomó többségében jelen lévő, általában igen nagy biodiverzitással és nagy produktivitással jellemezhető élőhelytípusra. A vízi élettájak mint az egy-egy víztéren belül habituálisan is eltérő élőhelyek általános jellemzése, az adott helyet benépesítő vízi életközösségnek. A víz felületének, azaz a folyadék és a légkör határfázisának élettája (faciál), a makrovegetáció uralta élettáj (fitál), a víz és az üledék fázis határán fellelhető élettáj (bentál), a nyíltvízre jellemző aljzat nélküli élettáj (pelagiál), az alakkőzetben levő, felszíni vízhez közvetlenül kapcsolódó vízi élettáj (sztigál), s az alapkőzetben lévő, a felszíni vízzel közvetlen kapcsolat nélküli élettáj (freatál) jellemzése. A vízfolyások forrásától a torkolatig való futása során elkülöníthető élettájak ismertetése. A vízfolyások kezdetének, a forrás tájékának (krenál), a forrásokhoz kapcsolódó, a hegy- és dombvidék kisvízfolyások alkotta élettáj (ritrál), s a nagy méretű vízfolyások folyamok és folyók élettájának (potamál) jellemzése. A flebál, mint a síkvidékek kisvízfolyásokat sajátos élettája. 3

4 11. hét Mi a biodiverzitás? A diverzitás és biodiverzitás értelmezései és kapcsolatuk. A biodiverzitás elemei, összetevői. Biodiverzitás az idők folyamán. A biodiverzitás rövid története. Mennyi a kihalt fajok száma? Recens és közeljövőben bekövetkező kihalások. Utoljára látható fajok. A diverzitás értelmezésének szintjei a biológiában: Általános áttekintés. Genetikai diverzitás fogalma és jellemzése. Genetikai diverzitás szerepe és jelentősége a populációgenetikában. A bioszféra genetikai diverzitásának szerepe és jelentősége. A bioszféra genetikai diverzitásának és a diverzitás recens veszteségének becslése. Közösségi szintű (ökológiai) diverzitás. Mozaikosság, heterogenitás, beta-diverzitás. Grádiensek. A biodiverzitás leképezése. A lépték problémája. Lokális-regionális diverzitás összefüggések. Beta-diverzitás, mozaikosság, gradiensek. Történeti áttekintés a közösségek diverzitásának kérdéséről. Közösségi szintű diverzitással összefüggő ökológiai problémák. Köztes zavarási hipotézis. Ritka fajok védelme. Gyenge kompetitív képességű fajok. 12. hét A közösségi szintű diverzitás mérésének módszerei. Léptékfüggő módszerek, egyparaméteres diverzitási függvénycsaládok. A közösségi szintű diverzitás kvantitatív mérésének szükségessége. A diverzitás mérésére szolgáló módszerek fejlődésének történeti áttekintése. Korai módszerek. Klasszikus diverzitásfüggvények. Tájléptékű diverzitás fogalma és szerepe a biológiában. A táji szintű biológiai sokféleség elemzésére szolgáló eljárások. Tájléptékű ökológiai modellek. Gazdasági és ökológiai szempontok a diverzitás tájléptékű megőrzésében. Beta-diverzitás és mozaikosság mérésének módszerei. A gradiensek jellemzésére szolgáló eljárások. 13. hét Az ember környezet átalakító tevékenysége. A környezetszennyezés ökológiai következményei és ökotoxikológiai hatásai. A levegőszennyezés fő típusai. A szennyező anyagok száraz és nedves ülepedése. A légszennyezés speciális hatásai, a londoni és los angelesi szmog kialakulása és hatásai. A talajszennyezés főbb típusai és ezek legfontosabb következményei. Felszíni és felszín alatti vizek kommunális és ipari, mezőgazdasági szennyezése. Globális, regionális és lokális szennyezések. A szennyezések okainak megszüntetése, hatásainak mérséklése. 14. hét A környezeti hatások globális és lokális elemzése esettanulmányok alkalmazásával. A környezetvédelem fogalma, tevékenysége és feladatai. Levegővédelem, vízvédelem és talajvédelem. A természetvédelem fogalma és fő irányvonalai, hazai és nemzetközi vonatkozásai. Hazai nemzeti parkok. Környezeti nevelés és a fenntarthatóságra való törekvés, ill. nevelés. 4

5 Irodalom Hortobágyi T. és Simon T., (szerk) 1981: Növényföldrajz, társulástan és ökológia. Tankönyvkiadó, Budapest. Majer J. 2004: Bevezetés az ökológiába. Dialóg Campus Kiadó Kiadó, Budapest-Pécs. Szabó I.M., 1988, 1989, 1998: A bioszféra mikrobiológiája. I-IV. kötet. Akadémiai Kiadó, Budapest. Begon, M., Harper J.L. and Townsend, C.R., 1990: Ecology. Blackwell, Oxford. 2. félév 1. hét A kvantitatív ökológia létrejötte, szerepe és jelentősége. A kvantitaív ökológi megjelenése a 60-as években. Szerepe az ökológia fejlődésében. Nemzetközi és hazai történeti vonatkozások. 2. hét Diverzitás. A diverzitás szerep és jelentősége a biológiában. A diverzitás ökológiai szempontú jelentősége. A diverzitás értelmezésének fejlődése a kezdetektől a klasszikus diverzitás mérési paradigma határáig. 3. hét Diverzitás és természetvédelem. A genetikai diverzitás populációgenetikai háttere. A természetes szelekció Fisher-féle alaptételének és a Kimura-féle maximumelvnek a kapcsolata. A drift hatása kis méretű, izolált populációk esetén. A genetikai diverzitás veszteségének hatása természetes populációk esetén. 4. hét Mintázatelemzés: 1-fajos mintázatok. A mintázatelemzés klassszikus, Greigh-Smith-féle módszerei. Aggregált, random és szabályos pontmintázatok. Botanikai és zoológiai hagyományok. Lloyd-féle zsúfoltsági index és Taylor-féle hatványtörvény. 5. hét Mintázatelemzés: 2-fajos mintázatok. A kétfajos mintázatok elemzésének hagyományos eszközei. Kontingenciatáblák. Függetlenség. Log-lineáris modellek. 6. hét Sokfajos pontmintázatok elemzése. A sokfajos pontmintázatok elemzésének lehetséges útjai. Ripley-féle módszerek és lehetséges általánosítások. Juhász-Nagy-féle mdszerek. Direkt és indirekt térsorozati elemzések. 7. hét Sokváltozós módszerek: általános bevezetés. A sokváltozós elemzések történeti aspektusai. Numerikus taxonómia és numerikus szüntaxonómia. A sokváltozós elemzések tipuzálása, hagyományos és újabb elemzési típusok. 5

6 8. hét Bináris változók összemérésére szolgáló függvények. A bináris véltozók elemzésének kiemelt szerepe van az ökológiai vizsgálatokban. A bináris adatok összemérésére szolgáló hasonlóságfüggvények fontosabb típusai. Asszociáltságok. Szimmetrikus és aszimmetrikus összemérésre szolgáló függvények. Skálázható bináris komparatív függvények és kapcsolatuk a hagyományos módszerekkel. 9. hét Kvantitatív változók összemérésére szolgáló függvények. A kvantitatív adatok esetén alkalmazható fontosabb módszerek. Arány és különbözőség típusú komparatív függvények. Különbözőség és hasonlóság viszonya. Metrikus tulajdonságok. 10. hét Nemhierarchikus osztályozási módszerek. A nemhierarchikus osztályozási módszerek hagyományi. A korai korszak félig-empírikus módszerei. Az ökológiában napjainkban gyakrabban alkalmazott nemhierarchikus osztályozási módszerek ismertetése. 11. hét Hierarchikus osztályozási módszerek. A hierarchikus osztályozási módszerek fontosabb típusainak ismertetése. A hierarchikus agglomeratív eljárások szemléletes bevezetése, a főbb számolási lépések bemutatása. A különféle fúziós algoritmusok előnyös és hátrányos tulajdonságai. Milyen típusú vizsgálatokra alkalmazzuk őket. 12. hét Főkomponens-analizis és diszkriminancia-analízis. A paraméteres módszerek két legfontosabbikának, a főkomponens-analízisnek és a diszkriminancia-analízisnek az ismertetése. Biológiai történeti háttér bemutatása; az alkalmazási lehetőségek ismertetése. 13. hét Ordinációk. Az ökológiában gyakrabban használt ordinációs eljárások áttekintése. Korai eljárások: a Bray-Curtis-féle eljárás. Metrikus és nem-metrikus sokdimenziós skálázások. Egyéb, az ökológiában (is) használt speciális eljárások. 14. hét Kvantitatív karakterfaj elemzési eljárások. A biológiai gyökerei az indikátor-faj elemzéseknek. A legegyszerűbb lehetőség divizív klaszterelemzés segítségével. A klasszikus, TWINSPAN módszer ismertetése. A újabb, számítógép-intenzív eljárások ismertetése: IndVal elemzés. Irodalom Juhász-Nagy, P. 1993: Az eltűnő sokféleség. Sciencia Kiadó, Budapest. Podani, J. 1999: Bevezetés a többváltozós adatfeltárás rejtelmeibe. Sciencia Kiadó. Standovár, T. és Primack, R.B. 2001: Természetvédelem biológiai alapjai. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. 6

7 Tóthmérész, B. 1997: Diverzitási rendezések. Scientia Kiadó, Budapest. Tóthmérész B. 2002: Diverzitási rendezések példatár. Debreceni Egyetem, Debrecen. Rosenzweig, M. L. 1995: Species Diversity in Space and Time. Cambridge University Press, Cambridge, UK. 7