Design terénních studií Proč terénní studie plánovat? • chceme získat spolehlivé a použitelné výsledky • zobecnitelnost - statistická průkaznost • kombinace selského rozumu, biologického vhledu a pečlivosti, žádná složitá matematika • není pravda, že: – nezáleží na tom, jak data sbírám, statistika si se vším poradí – pokud nasbírám hodně dat, určitě zjistím mnoho zajímavého včetně jemných rozdílů • máme jen omezené zdroje (čas a peníze) - kolik dat nasbírat, kde a kdy? (omezit zabíjení) Variabilita a matoucí faktor • Variabilita mezi jedinci - základní úkaz v přírodě – některá variabilita nás přímo zajímá - chceme z ní vytěžit informaci – náhodná variabilita, šum - nedá se vysvětlit nebo nesouvisí s naší otázkou, snažíme se ji odstranit designem • Matoucí (zavádějící, třetí) faktor - neznámý nebo nesledovaný faktor, který ovlivňuje studovaný systém a ztěžuje interpretaci výsledků. Designem se snažíme minimalizovat jejich počet. Cíle studie • na začátku každé studie musí stát jasně formulovaná otázka • popisné otázky: Co, kde, kdy, kolik? Které druhy obývají dané území? • deduktivní otázky: Jaké vztahy a proč? Jaké jsou ekologické nároky druhu? Jak se mění společenstva v závislosti na prostředí? • aplikovatelné otázky: Jak poznatek využít? Jak druh chránit? Jak udržet či zlepšit ekologický stav lokality? • zásady – čím víc do problému vidíme, tím smysluplnější můžeme mít otázky (a odpovědi) – pro své otázky hledáme nejjednodušší možné vysvětlení (tzv. Occamova břitva) a snažíme se omezit počet neznámých na nutné minimum – raději dostat jasnou odpověď na jedinou otázku než mnoho dohadů na více otázek – špatně položené otázky - ty, na které je odpověď známá, předem jasná nebo prakticky nemožná (Roste velikost snůšky ptáků s rostoucím věkem nebo zkušeností?) Vytváření hypotéz • pozorování ® teorie  ověření teorie (pozorováním nebo experimentem) • hypotéza = jasné tvrzení (domněnka), které se snaží vysvětlit pozorovaný jev (Plankton v lesních tůních je tvořen většími jedinci než v lučních tůních. Proč?) • pro jeden jev je možno vytvořit více hypotéz (Rozložené listí dodává více živin - v lesní tůni jsou jedinci vyžraní. Rozklad listí způsobuje úhyn ryb - v luční tůni jsou velcí jedinci sežráni.) • hypotézu se snažíme potvrdit nebo vyvrátit (hypoteticko-deduktivní způsob myšlení) • testovatelný předpoklad - pravděpodobnost platnosti teorie se zvyšuje, pokud se naše předpoklady potvrdí (Plankton v lučních tůních, kde ryby prokazatelně nejsou, bude mít stejné velikostní složení jako v lesních tůních. Plankton v lučních tůních, kde sice jsou ryby, ale i makrovegetace, bude mít podobné velikostní složení jako v lesních tůních.) • pojmy: nulová hypotéza a alternativní hypotéza (Je rozdíl mezi lučními tůněmi bez ryb a s rybami?) • vyplatí se počítat dopředu se všemi možnými výsledky (August Strindberg a další průkopníci slepých uliček) • snažit se uspokojit pana šťourala Typy (terénních) studií • pozorovací (korelační) – bez aktivního vměšování – výhodou je jednodušší provedení, nevýhoda: korelace neznamená příčinný vztah!!! Nelze odhalit třetí faktor a poznat příčinu od následku (Vztah mezi prodanou zmrzlinou a počtem utopených v létě?) Typy dat a zjišťovaných parametrů • předmět výzkumu - 1 druh (populace), taxonomická skupina až celé společenstvo • Závislá proměnná – vlastnosti lokalit: druhová bohatost, početnost (=abundance) jedinců na lokalitě, hustota=denzita, biomasa… – vlastnosti jedinců: hmotnost, rozměry, stáří, pohlaví… – vlastnosti populací (druhů): početnost, počet vajíček u samic, denní aktivita, potravní preference, ekologické nároky… • Nezávislá proměnná – vlastnosti prostředí: teplota vzduchu a vody, množství určitých látek ve vodě či půdě (pH, rozp. O[2], org. látky), charakter vegetace, dostupnost lokality a potravních zdrojů, stupeň znečištění či narušení… – vlastnosti lokalit, jedinců, populací a druhů • Kvalitativní - přítomnost/nepřítomnost (druhu, jevu) • Kvantitativní – spojitá, nespojitá (počet) • Kategoriální – stupnice, procentické odhady (pokryvnost, zastínění) Př. Jak se mění druhová bohatost měkkýšů na prameništích podél minerálně-trofického gradientu? Jaké faktory prostředí sledovat? Faktory jsou často vzájemně korelované. Výběr jedinců z populace • vhodná vzorkovací (pozorovací, měřicí) metoda • ideálem je provést náhodný výběr = každý jedinec má stejnou šanci dostat se do výběru (vzorku) • reprezentativní vzorek – kvalitativně i kvantitativně zachycuje skutečný stav na lokalitě • ve skutečnosti však vzorkujeme selektivně (lapací pasti odchytí spíše jedince s vyšší aktivitou než abundancí, velikostní selekce – při sběru často podhodnotíme abundance malých (juvenilních) jedinců) • prostorové uspořádání jedinců odráží jejich prostorové nároky a heterogenitu prostředí • pravidelné – vzácné, teritoriální zvířata • náhodné – ve skutečnosti vzácné • agregované – běžné, např. plankton v rybníce, hmyz na louce • odběry bodové, směsné, podvzorky • zvolit vhodnou velikost vzorku (náklady vs. zisk) Př. Tekoucí vody - velmi heterogenní biotop • jednotlivé druhy (popř. vývojová stádia) vykazují různé stanovištní preference • typ proudění: peřej, tůň; typ substrátu: kameny, štěrk, „debris dams“, bahno, příbřežní vegetace Pilotní studie • předběžná studie, v malém rozsahu • pokud o zájmovém území nic nevím nebo slouží k vyzkoušení a doladění metod, lepšímu časovému rozvržení práce a přehodnocení hypotéz • vyplatí se vždy provést!!! • při plánování maximálně využít literárních zdrojů a zkušeností jiných lidí, ale vše si prověřit a sám vyzkoušet Měřítko studie • zvolená prostorová (časová) škála zcela zásadně ovlivňuje výsledek studie - co platí v jednom měřítku nemusí platit v jiném! • velké měřítko (geografický region), střední měřítko (jednotlivé lokality až habitaty; nejjednodušší, a proto nejčastější), malé měřítko (mikrohabitat - jednotlivé kameny v řece, zrna substrátu v sedimentu, části rostliny) • i jinak známá otázka získá na zajímavosti, studuje-li se v jiném měřítku • pokrytí celého gradientu nebo jeho části (prameniště na minerálně-trofickém gradientu, gradient rychlostí proudu v toku) Opakování (replikace) • Kolik vzorků odebrat, kolik měření provést? • nestačí popsat jednotlivé případy, chceme zákonitosti zobecnit • proto je potřeba provést nezávislé opakování = odebrání nezávislých vzorků – nesmí být součástí časové řady na stejném místě – ve vhodném měřítku – dostatečná vzdálenost vzorků od sebe (autokorelace), při měření stanovištních preferencí v čase dostatečné intervaly mezi záznamy • pseudoreplikace = opakovaná měření jednoho objektu – velmi častá chyba studií, je třeba mít znalosti biologie – behaviorální studie: zvířata sdílející klec (prostředí) se nechovají nezávisle; příbuzní jedinci jsou si podobnější • „opakování“ v sezóně – vzorky opakovaně odebrané na stejné lokalitě během sezóny nejsou nezávislé!!! – jen pokud nás přímo zajímá sezónní vliv – často je naopak výhodné vliv sezóny ve studiích omezit • někdy nelze nezávislé opakování provést (objekt je neopakovatelný nebo opakování příliš nákladné), potom ale odpovídáme na popisnou otázku, ne na obecnou Př. Plankton lesních vs. lučních tůní • Plankton v lučních tůních, kde prokazatelně nejsou ryby, bude mít stejné velikostní složení jako v lesních tůních. • Plankton v lučních tůních, kde sice jsou ryby, ale i makrovegetace, bude mít podobné velikostní složení jako v lesních tůních. Náhodný výběr • výběr lokalit či vzorkovacích míst zásadně ovlivňuje výsledek studie (výběr stromů v lese, umístění lapacích pastí) • zcela náhodný výběr (randomizace) – cílem je vyhnout se pseudoreplikacím a omezit vliv matoucích faktorů – nahodilý výběr není náhodný!!! – objekty (plochy) označit čísly a vylosovat (tahání z klobouku, program) (vliv pastvy na strukturu vegetace) – výběr lokalit z mapy pomocí náhodně vygenerovaných souřadnic, čtverců nebo uzlů sítě - nevýhoda: pravděpodobně nezachytím vzácné biotopy (xerotermní vápencové výchozy - vysoká diverzita hmyzu) Design experimentů • laboratorní i terénní • hledání rozdílů mezi pokusnými skupinami jedinců či lokalit (treatments) (př. efekt působení látky o různých koncentracích, reakce zvířat na různé podněty, kolonizace nově vzniklých prostředí...) • výběr jedinců do pokusu i pokusných skupin náhodný • pokusy vyžadující kontrolu (závisí na hypotéze) – negativní kontrola - pokusná skupina bez zásahu (plocha ponechaná ladem) – dbát na spolehlivost kontroly!!! (vliv umělého zvětšení snůšky na péči o mláďata - zahrnout vliv disturbance) – historická kontrola u dlouhodobých studií • celkově náhodné uspořádání - nejjednodušší • uspořádání v pokusných blocích - odstraňují třetí faktor, který má výrazný vliv (vliv potravní nabídky na růst jedinců - věk) – podle vlastností jedinců (věkové skupiny, pohlaví) – v prostoru (poloha pokusné plochy či nádoby) – v čase (vliv denní doby na chování zvířat) – snaha o vyrovnaný design - v každém bloku stejný počet jedinců – kdy je lépe více bloků a méně opakování? pokud opakování v průběhu pokusu neztrácím (úmrtí či únik jedinců, zničení či krádež nádoby)