Ekologia teoretyczna

Ekologia teoretyczna (ang. theoretical ecology) – interdyscyplinarny dział nauki dotyczącej złożonego systemu, jakim jest biosfera (zob. cechy systemów złożonych). System globalny oraz wchodzące w jego skład mniejsze ekosystemy o różnych strukturach są opisywane jako układy dynamiczne z wykorzystaniem metod modelowania matematycznego. Przedstawiciele tak rozumianego działu ekologii łączą różne dziedziny nauki (zob. klasyfikacja nauk – nauki stykowe i integracyjne), takie jak matematyka stosowana, informatyka, fizyka statystyczna, biologia i biochemia, populacjologia i biocenologia, genetyka, epidemiologia, ewolucjonizm w biologii, naukach społecznych i polityce, teoretyczne podstawy ochrony środowiska i inne[1][2][3].

Przedstawiciele ekologii teoretycznej

Matematyczne modele stosowali w biologii już Vito Volterra (1860–1940) i Alfred J. Lotka (1880–1949), twórcy pierwszego modelu układu dynamicznego drapieżnik-ofiara nazwanego równaniem Lotki-Volterry (zob. dynamika liczebności populacji, oscylacje i fluktuacje liczebności populacji). Do twórców ekologii teoretycznej są zaliczani również[4]:

oraz George Sugihara[7], Joel E. Cohen[8], Donald DeAngelis[9], G. David Tilman[10], Robert Ulanowicz i inni[4].

1
a
24
b
1
c
2
d
Przykłady zastosowań biomatematyki w ekologii
a – schemat niszy ekologicznej o trzech wymiarach (czynniki X, Y i Z), zob. badania G.E. Hutchinsona i jego koncepcja niszy ekologicznej
b – zależności międzygatunkowe, np. model drapieżnictwa (równanie Lotki-Volterry)
c – biogeografia wysp, równania R. MacArthura i E.0. Wilsona
d – biogeografia wysp, model R. Levinsa[5] (C i E – prawdopodobieństwo kolonizacji i wyniszczenia siedliska)
Poniżej:
Symulacja rozprzestrzeniania się choroby z użyciem epidemiologicznego modelu Kermacka-McKendricka SIR
(Susceptible-Infectious-Recovered; zdrowi podatni – zainfekowani – zdrowi uodpornieni)[11][12]
SIR model simulated using python.gif

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ Ed. Robert May, Angela R. McLean: Theoretical Ecology; Principles and Applications (wyd. 3). Oxford University Press, 15 lutego 2007, s. 267 ss. ISBN 978-0-19-920999-6. (Lord May of Oxford)
  2. ↑ red. Alan Hastings, Louis Gross: Encyclopedia of Theoretical Ecology ; Tom 4 z Encyclopedias of the Natural World. University of California Press, 31 maja 2012, s. 848 ss. ISBN 0-520-95178-6.
  3. ↑ Theoretical Ecology, Editor-in-Chief: Alan Hastings, (electronic version), Journal no. 12080 ISSN 1874-1746
  4. ↑ a b Theoretical Ecologists. W: Wikipedians: Complexity and Dynamics. PediaPress, s. 325.
  5. ↑ a b In memoriam: Richard Levins, ecologist, biomathematician, and philosopher of science. [w:] Strona internetowa Harvard T.H. Chan School of Public Health [on-line]. The President and Fellows of Harvard College, 22 stycznia 2016. [dostęp 2019-05-11]. (ang.).
  6. ↑ Professor Lord Robert May of Oxford, AC, OM, Kt. [w:] Strona internetowa Sydney High School Old Boys Union > Patrons [on-line]. SHSOBU. [dostęp 2019-05-13]. [zarchiwizowane z tego adresu (2019-05-14)]. (ang.).
  7. ↑ George Sugihara. Professor of Biological Oceanography, Physical Oceanography Research Division. [w:] Strona internetowa Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego [on-line]. Scripps Institution of Oceanography. [dostęp 2019-05-13]. [zarchiwizowane z tego adresu (2019-05-13)]. (ang.).
  8. ↑ Joel E. Cohen, Ph.D., Dr.P.H.. [w:] Strona internetowa The Rockefeller University > Heads of Laboratories [on-line]. The Rockefeller University. [dostęp 2019-05-13]. (ang.).
  9. ↑ Don DeAngelis. [w:] Strona internetowa University of Miami > People [on-line]. University of Miami. [dostęp 2019-05-13]. [zarchiwizowane z tego adresu (2019-05-13)]. (ang.).
  10. ↑ G. David Tilman (College of Biological Sciences). [w:] Strona internetowa Uniwersytetu Minnesoty [on-line]. Regents of the University of Minnesota. [dostęp 2019-05-13]. (ang.).
  11. ↑ A.Jarynowski, A. Grabowski: Modelowanie epidemiologiczne dedykowane Polsce. Gdańsk: Centrum Zastosowań Matematyki PG, 2015, s. 1–22. ISBN 978-83-942807-9-6.
  12. ↑ Anna Zesławska: Modele epidemiologiczne. [w:] ppt [on-line]. www.impan.pl, 20 maja 2013. [dostęp 2020-10-02].

Media użyte na tej stronie

Nisza XYZ.svg
Autor: Joanna Kośmider, Licencja: CC BY-SA 3.0
Schemat niszy ekologicznej o trzech wymiarach (czynniki X, Y i Z); symbole z dolnym indeksem d i g oznaczają minimalną i maksymalną wartość czynnika (dół i góra)
Wyspy.biogeografia.svg
Autor: Joanna Kośmider, Licencja: CC BY-SA 3.0
Biogeografia wysp. Model MacArthura-Wilsona
ModelLevinsa.svg
Autor: Joanna Kośmider, Licencja: CC BY-SA 3.0
Zmiany udziału tempa niszczenia siedlisk zajętych i kolonizowania siedlisk pustych według modelu Levinsa (podstawa: Adam Łomnicki, Ekologia ewolucyjna,PWN 2012, s. 168)
SIR model simulated using python.gif
Autor: Beta212, Licencja: CC BY-SA 3.0
SIR model simulated in python, The 100x100 matrix is first randomly seeded. A value of 1 indicates a person is recovered, a value that is larger than 0.5 indicates a person is infected, and a value that is less than 1 indicates a person is susceptible. In this case, an infected person can spread the disease to the eight people around him, with people on the border as an exception. The outermost ring of points are not included as the simulation, and should be considered as irrelevant.--Andrew Luo
Wykresruchomy.gif
Autor: LukashiMiamoto, Licencja: CC0
Wykres przedstawia zmiany populacji ofiar i drapieżników w czasie oraz wykres fazowy.