Metodi di ricerca ecologica: osservazione, sperimentazione e modellazione

Ecologia è lo studio del rapporto tra gli organismi e il loro ambiente sulla terra. Diversi metodi ecologici sono utilizzati per studiare questa relazione, compresa la sperimentazione e la modellazione.

Possono essere usati esperimenti manipolativi, naturali o osservativi. La modellazione aiuta ad analizzare i dati raccolti.

Ecologia, lo studio di come gli organismi interagiscono con il loro ambiente e tra di loro, attinge a diverse altre discipline. La scienza ambientale dell'ecologia comprende biologia, chimica, botanica, zoologia, matematica e altri campi.

L'ecologia esamina le interazioni tra le specie, la dimensione della popolazione, le nicchie ecologiche, le reti trofiche, il flusso di energia e i fattori ambientali. Per fare ciò, gli ecologisti si affidano a metodi accurati per raccogliere i dati più accurati possibili. Una volta raccolti i dati, gli ecologi li analizzano per la loro ricerca.

Le informazioni ottenute da questi metodi di ricerca possono quindi aiutare gli ecologi a trovare gli impatti causati dall'uomo o da fattori naturali. Queste informazioni possono quindi essere utilizzate per aiutare a gestire e conservare le aree o le specie colpite.

Ogni sperimentare richiede osservazione. Gli ecologi devono osservare l'ambiente, le specie al suo interno e come queste specie interagiscono, crescono e cambiano. Diversi progetti di ricerca richiedono diversi tipi di valutazioni e osservazioni.

Gli ecologisti a volte usano a valutazione a tavolino, o DBA, per raccogliere e riassumere informazioni su specifiche aree di interesse. In questo scenario, gli ecologisti utilizzano informazioni già raccolte da altre fonti.

Spesso, tuttavia, gli ecologisti si affidano a osservazione e lavoro sul campo. Ciò comporta di fatto entrare nell'habitat del soggetto di interesse per osservarlo nel suo stato naturale. Facendo indagini sul campo, gli ecologi possono monitorare la crescita della popolazione delle specie, osservare ecologia della comunità in azione e studiare l'impatto di eventuali nuove specie o altri fenomeni introdotti nell'ambiente.

Ogni sito sul campo sarà diverso per natura, forma o in altri modi. I metodi ecologici consentono tali differenze in modo da poter utilizzare strumenti diversi per le osservazioni e il campionamento. È fondamentale che il campionamento venga eseguito in modo casuale per combattere i pregiudizi.

I dati ottenuti dall'osservazione e dal lavoro sul campo possono essere qualitativi o quantitativi. Queste due classificazioni di dati variano in modi distinti.

Dati qualitativi: I dati qualitativi si riferiscono a a qualità del soggetto o delle condizioni. È quindi un più descrittivo forma di dati. Non è facilmente misurabile e viene raccolto mediante l'osservazione.

Poiché i dati qualitativi sono descrittivi, potrebbero includere aspetti come il colore, la forma, se il cielo è nuvoloso o soleggiato o altri aspetti relativi all'aspetto di un sito di osservazione. I dati qualitativi non sono numerici come i dati quantitativi. È quindi considerato meno affidabile dei dati quantitativi.

Dati quantitativi: I dati quantitativi si riferiscono a valori numerici o quantità. Questi tipi di dati possono essere misurati e di solito sono in forma numerica. Esempi di dati quantitativi potrebbero includere i livelli di pH nel suolo, il numero di topi in un campo, i dati dei campioni, i livelli di salinità e altre informazioni in forma numerica.

Gli ecologi utilizzano le statistiche per analizzare i dati quantitativi. È quindi considerato una forma di dati più affidabile rispetto ai dati qualitativi.

Indagine diretta: Gli scienziati possono osservare direttamente animali e piante nel loro ambiente. Questo si chiama sondaggio diretto. Anche in luoghi remoti come un fondale marino, l'ecologo può studiare l'ambiente sottomarino. Un'indagine diretta in questo caso implicherebbe fotografare o filmare un tale ambiente.

Alcuni metodi di campionamento utilizzati per registrare immagini della vita marina sul fondo del mare includono video slitte, telecamere a cortina d'acqua e Ham-Cam. Le Ham-Cam sono collegate a un Hamon Grab, un dispositivo a secchiello per campioni utilizzato per raccogliere campioni. Questo è un modo efficace per studiare le popolazioni animali.

L'Hamon Grab è un metodo per raccogliere i sedimenti dal fondo del mare, e il sedimento viene portato su una barca per essere selezionato e fotografato dagli ecologisti. Questi animali saranno identificati in un laboratorio altrove.

Oltre a un Hamon Grab, i dispositivi di raccolta sottomarini includono una sfogliara, che viene utilizzata per ottenere animali marini più grandi. Ciò comporta il fissaggio di una rete a una trave d'acciaio e la pesca a strascico dalla parte posteriore di una barca. I campioni vengono portati a bordo della barca e fotografati e contati.

Indagine indiretta: Non è sempre pratico o desiderabile osservare direttamente gli organismi. In questa situazione, i metodi ecologici comportano l'osservazione delle tracce lasciate da quelle specie. Questi potrebbero includere escrementi di animali, impronte e altri indicatori della loro presenza.

Lo scopo principale dei metodi ecologici per la ricerca è ottenere dati di alta qualità. Per fare ciò, gli esperimenti devono essere pianificati con cura.

Ipotesi: Il primo passo in qualsiasi disegno sperimentale è quello di elaborare un'ipotesi o una domanda scientifica. Quindi, i ricercatori possono elaborare un piano dettagliato per il campionamento.

I fattori che influenzano gli esperimenti sul campo includono la dimensione e la forma di un'area che deve essere campionata. Le dimensioni del sito di campo variano da piccole a molto grandi, a seconda di quali comunità ecologiche vengono studiate. Gli esperimenti di ecologia animale devono tenere conto del potenziale movimento e delle dimensioni degli animali.

Ad esempio, i ragni non richiederebbero un grande sito di studio per lo studio. Lo stesso sarebbe vero quando si studia la chimica del suolo o gli invertebrati del suolo. Potresti usare una dimensione di 15 metri per 15 metri.

Piante erbacee e piccoli mammiferi potrebbero richiedere siti di campo fino a 30 metri quadrati. Gli alberi e gli uccelli potrebbero aver bisogno di un paio di ettari. Se stai studiando animali grandi e mobili, come cervi o orsi, questo potrebbe significare aver bisogno di un'area abbastanza ampia di diversi ettari.

Anche decidere il numero di siti è cruciale. Alcuni studi sul campo potrebbero richiedere un solo sito. Ma se due o più habitat sono inclusi nello studio, sono necessari due o più siti sul campo.

Utensili: Gli strumenti utilizzati per i siti di campo includono transetti, grafici di campionamento, campionamento senza plot, il metodo del punto, il metodo dell'intercetta del transetto e il metodo del quarto di punto. L'obiettivo è ottenere campioni imparziali di una quantità sufficientemente elevata da rendere più valide le analisi statistiche. La registrazione delle informazioni sui fogli dati del campo aiuta nella raccolta dei dati.

Un esperimento ecologico ben progettato avrà una chiara dichiarazione di intenti o domande. I ricercatori dovrebbero prestare particolare attenzione per rimuovere i pregiudizi fornendo sia la replica che la randomizzazione. La conoscenza delle specie studiate e degli organismi al loro interno è fondamentale.

Risultati: Al termine, i dati ecologici raccolti dovrebbero essere analizzati con un computer. Ci sono tre tipi di esperimenti ecologici che possono essere fatti: manipolativi, naturali e osservativi.

Gli esperimenti manipolativi sono quelli in cui il ricercatore altera un fattore per vedere come influenza un ecosistema. È possibile farlo sul campo o in laboratorio.

Questi tipi di esperimenti forniscono interferenze in modo controllato. Funzionano nei casi in cui il lavoro sul campo non può avvenire su un'intera area, per vari motivi.

Lo svantaggio degli esperimenti manipolativi è che non sono sempre rappresentativi di ciò che accadrebbe nell'ecosistema naturale. Inoltre, gli esperimenti manipolativi potrebbero non rivelare il meccanismo alla base dei modelli osservati. Inoltre, non è facile cambiare le variabili in un esperimento manipolativo.

Esempio: Se volessi conoscere la lucertola predazione di ragni, potresti alterare il numero di lucertole nei recinti e studiare quanti ragni sono risultati da questo effetto.

Un esempio più ampio e attuale di un esperimento di manipolazione è la reintroduzione dei lupi nel Parco Nazionale di Yellowstone. Questa reintroduzione consente agli ecologi di osservare l'effetto del ritorno dei lupi a quello che una volta era il loro range normale.

I ricercatori hanno già appreso che si è verificato un cambiamento immediato nell'ecosistema una volta che i lupi sono stati reintrodotti. I comportamenti del branco di alci sono cambiati. L'aumento della mortalità degli alci ha portato a un approvvigionamento alimentare più stabile sia per i lupi che per i mangiatori di carogne.

Gli esperimenti naturali, come suggerisce il nome, non sono diretti dall'uomo. Queste sono manipolazioni di un ecosistema causate dalla natura. Ad esempio, a seguito di un disastro naturale, un cambiamento climatico o l'introduzione di specie invasive, l'ecosistema stesso rappresenta un esperimento.

Naturalmente, interazioni del mondo reale come queste non sono veri esperimenti. Questi scenari forniscono agli ecologi l'opportunità di studiare gli effetti che gli eventi naturali hanno sulle specie in un ecosistema.

Esempio: Gli ecologi potrebbero fare un censimento degli animali su un'isola per studiarli popolazione densità.

La principale differenza tra esperimenti manipolativi e naturali dal punto di vista dei dati è che gli esperimenti naturali non hanno controlli. Pertanto a volte è più difficile determinare causa ed effetto.

Tuttavia, ci sono informazioni utili da trarre da esperimenti naturali. Le variabili ambientali come i livelli di umidità e la densità degli animali possono ancora essere utilizzate per scopi di dati. Inoltre, gli esperimenti naturali possono verificarsi in vaste aree o vasti periodi di tempo. Questo li distingue ulteriormente dagli esperimenti manipolativi.

Sfortunatamente, l'umanità ha causato catastrofici esperimenti naturali in tutto il mondo. Alcuni esempi di questi includono il degrado dell'habitat, il cambiamento climatico, l'introduzione di specie invasive e la rimozione di specie autoctone.

Gli esperimenti osservazionali richiedono repliche adeguate per dati di alta qualità. La "regola del 10" si applica qui; i ricercatori dovrebbero raccogliere 10 osservazioni per ogni categoria richiesta. Le influenze esterne possono ancora ostacolare gli sforzi per raccogliere dati, come il tempo e altri disturbi. Tuttavia, l'utilizzo di 10 osservazioni replicate può rivelarsi utile per ottenere dati statisticamente significativi.

È importante eseguire la randomizzazione, preferibilmente prima di eseguire esperimenti osservazionali. Questo può essere fatto con un foglio di calcolo su un computer. La randomizzazione rafforza la raccolta dei dati perché riduce i bias.

La randomizzazione e la replica dovrebbero essere usate insieme per essere efficaci. Siti, campioni e trattamenti dovrebbero essere assegnati in modo casuale per evitare risultati confusi.

I metodi ecologici si basano molto su modelli statistici e matematici. Questi forniscono agli ecologi un modo per prevedere come un ecosistema cambierà nel tempo o reagirà alle mutevoli condizioni dell'ambiente.

modellazione fornisce anche un altro modo per decifrare le informazioni ecologiche quando il lavoro sul campo non è pratico. In effetti, ci sono diversi inconvenienti nell'affidarsi esclusivamente al lavoro sul campo. A causa della scala tipicamente ampia del lavoro sul campo, non è possibile replicare esattamente gli esperimenti. A volte anche la durata della vita degli organismi è un fattore limitante per il lavoro sul campo. Altre sfide includono tempo, lavoro e spazio.

La modellazione, quindi, fornisce un metodo per ottimizzare le informazioni in modo più efficiente.

Esempi di modellazione includono equazioni, simulazioni, grafici e analisi statistiche. Gli ecologi usano la modellazione anche per produrre mappe utili. La modellazione consente di calcolare i dati per colmare le lacune del campionamento. Senza la modellazione, gli ecologi sarebbero ostacolati dall'enorme quantità di dati che devono essere analizzati e comunicati. La modellazione al computer consente un'analisi relativamente rapida dei dati.

Un modello di simulazione, ad esempio, consente la descrizione di sistemi che altrimenti sarebbero estremamente difficili e troppo complessi per il calcolo tradizionale. La modellazione consente agli scienziati di studiare la coesistenza, le dinamiche di popolazione e molti altri aspetti dell'ecologia. La modellazione può aiutare a prevedere i modelli per scopi di pianificazione cruciali, come per il cambiamento climatico.

L'impatto dell'umanità sull'ambiente continuerà. Diventa quindi sempre più cruciale per gli ecologi utilizzare metodi di ricerca ecologica per trovare modi per mitigare gli effetti sull'ambiente.