Transcript Az előadás diái letölthetők.

A rendszerökológia a fenntartható sushi szolgálatában
Jordán Ferenc
The Microsoft Research – University of Trento
Centre for Computational and Systems Biology
Rovereto, Italy
[email protected]
www.ferencjordan.com
http://www.sustainablesushi.net/
http://www.sustainablesushi.net/
Fekete lista:
Bluefin tuna
Orange roughy
Chilean sea bass
Sharks
Cápa
Tonhal
Bluefin tuna
Ghost fishing
Longline fisheries
Bycatch
Bottom trawlers
FADs (fish aggregating devices)
Overfishing
Fishing down food webs
Fishing down food webs
Harmful algal blooms
Páros kölcsönhatások:
•
Predáció
+
-
•
Allelopátia
-
•
Kompetició
-
-
•
Mutualizmus
+
+
•
Facilitáció
+
Páros kölcsönhatások:
Indirekt kölcsönhatások :
•
•
Predáció
+
Trofikus kaszkád
-
•
+
Allelopátia
-
•
•
Forráskompetíció
Kompetíció
-
+
•
Mutualizmus
+
+
•
Látszólagos kompetíció
+
•
Facilitáció
+
-
Indirekt kölcsönhatási modulok
Rendszerökológia és hálózatelmélet
Rendszerökológia és hálózatelmélet
Centralitási indexek
K i  K bu  K td  K dir  K indir
F 1
s
k
dij  
( s k  1)
k
k
n(n  1)
F 1
D
g 1

m
1
1
  (1  K bc )   (1  K te )
c 1 d c
e 1 f e
n
D  Din  Dout
CC i 
n
g
j 1
d ( ni , n j )
 kj

m

kl
l
1
2
i  j d ij
BCi 
 ik
n

k
2   g jk (ni ) / g jk
j k
( g  1)(g  2)
n(n  1)
RD 
s 
H 1  k 
k  n 
2
1
j d
Nj
n
ik
Top-down, KTD
Chesapeake-öböl (USA)
n
Kx  
c 1
m
1
dc
 1  K bc   
e 1
1
fe
 1  K te ,
Striped bass, #33
29
30
25
32
28
26
27
33
31
23
19
21
17
22
18
9
13
15 16
8
12
11
14
7
Indirekt, egy lépés, TI1
6
3
5
2
34
4
TIi;j = kn (k;j / lm k;l) (i;k / kn i;k)
1
Bay anchovy, #22
Prince William sound, Alaszka
Prince William sound és az Exxon Valdez
Data:
organisms
in Prince
William
Sound
Prince
William
sound:
a tengeri
életközösség
Súlyozott hálózat: biomassza és szénáramlás
A szomszédok száma
A legrövidebb útvonalak fenntartása
Az indirekt kapcsolatrendszer gazdagsága
Nearshore demersals
Adult arrowtooth
Herbivorous zooplank
Juvenile herring
Seabirds
Sleeper shark
Salmon shark
Juvenile pollock (0)
Juv. Arrowtooth
Adult Pollock (1+)
Near phytoplankton
Capelin
Shallow sm infauna
Deep lg infauna
Pacific cod
Jellies
Lingcod
Resident orca
Pinnipeds
Macrophytes
Adult herring
Sea otter
Porpoise
Deep sm infauna
Invert-eating birds
Juvenile salmon (0-1)
Baleen Whales
Adult salmon
Sandlance
Near omnivorous zoops
Octopods
Deep demersal fishes
Shallow lg epibenthos
Shallow lg infauna
Spiny dogfish
Deep epibenthos
Rockfish
Shallow sm epibenthos
Near herbiv zooplank
Halibut
Sablefish
Meiofauna
Omnivorous zooplank
Eulachon
Avian raptors
Transient orca
Squid
Offshore phytoplankton
IH
231.09
147.71
141.79
131.80
121.91
117.45
115.22
103.66
103.21
98.94
98.05
94.51
93.31
92.59
91.97
90.49
88.97
88.75
88.75
87.24
84.56
84.51
82.18
80.51
79.90
79.40
79.10
78.41
77.68
77.25
77.00
75.17
75.01
72.59
70.29
66.93
66.83
66.51
63.48
61.96
61.79
60.89
60.59
57.33
56.25
53.77
52.26
48.99
IH: közösségi válasz
bonito
A táplálékhálózat közepe: darázs-derék ökoszisztémák
A táplálékhálózat közepe: darázs-derék ökoszisztémák
Regime shift darázs-derék ökoszisztémákban
Kelian folyó, Borneó: a táplálékhálózat
TI
Kelian folyó, Borneó: a táplálékhálózat
TI
Kelian folyó, Borneó: a dzsungeltôl a faluig
Emberi hatás: szerves anyag és új energiaútvonalak
0.15
Alga
Carn
Leaf
OMNI
Omni
0.13
0.11
LEAF
IH(V)
CARN
ALGA
0.09
0.07
ALGA
OMNI
0.05
LEAF
CARN
0.03
site 1
site 2
site 3
site 4
site 5
site 6
Rendszer-alapú természetvédelem
nagy adatbázisok
új modellezési technikák
szimulációk
holisztikus(abb) modellek
hálózati perspektíva
kvantitatív prioritások
fenntarthatóság egy komponense
Alkalmazott hálózatelemzés és
rendszerökológia / rendszerbiológia
Magyar nyelvû irodalom:
Jordán, F. 2005. Hálózatelmélet a tengerek konzervációbiológiájában.
In: Jordán, F. (Szerk.),: A DNS-től a Globális Felmelegedésig. A 70 éves Vida Gábor köszöntése.
Pp. 157-171. Scientia Kiadó, Budapest.
Jordán, F. 1998. A táplálékhálózatok szerkezete. Természet Világa, 129:254-257.
Jordán, F. 1999. Az evolúciós színjáték fõszereplõi. Természet Világa, 130:69-72.
Jordán, F. 2001. Rejtett fajkölcsönhatások. Természet Világa, 132:98-101.
Jordán, F. és Gálhidy, L. 2005. A kiaknázott végtelen. Természet Világa, 136:123-126.
Vasas, V. és Jordán, F. 2007. Bordásmedúza-invázió a Fekete-tengerben. Természet Világa, 138:378-379.
Jordán, F. 2009. Rendszerszemléletű természetvédelem. Természet Világa, 140:461-463.
Jordán, F. 2012. A hálózatkutatás hőskora. Természet Világa, 143:434-437.
Angol nyelvû irodalom:
Jordán, F. and Jörgensen, S.E. (Eds.) 2012. Models of the ecological hierarchy from molecules to the ecosphere.
Elsevier, Amsterdam.
Jordán, F. 2001. Seasonal changes in the positional importance of components in the trophic flow network of the Chesapeake Bay.
Journal of Marine Systems, 27:289-300.
Jordán, F., Liu, W.-C. and Wyatt, T. 2005. Topological constraints on the dynamics of wasp-waist ecosystems.
Journal of Marine Systems, 57:250-263.
Jordán, F. and Wyatt, T. 2006. A graph theory examination of the global spreading hypothesis.
African J. Marine Science, 28:371-374.
Vasas, V. et al. 2007. Eutrophication and overfishing in temperate nearshore pelagic food webs: a network perspective.
Marine Ecology Progress Series, 336:1-14.
Jordán, F., Okey, T.A., Bauer, B. and Libralato, S. 2008. Identifying important species: a comparison of structural
and functional indices. Ecological Modelling, 216: 75-80.
Jordán, F. 2009. Keystone species in food webs. Philosophical Transactions of the Royal Society, London, series B, 364:1733-1741.
Móréh Á., Jordán, F., Szilágyi, A. and Scheuring, I. 2009. Overfishing and regime shifts in minimal food web models.
Community Ecology, 10:236-243.
Livi, C.M., Jordán, F., Lecca, P. and Okey, T.A. 2011. Identifying key species in ecosystems with stochastic sensitivity analysis.
Ecological Modelling, 222:2542-2551.
Jordán, F., Gjata, N., Shu Mei and Yule, C.M. 2012. Simulating food web dynamics along a gradient: quantifying human influence.
PLoS ONE 7(7): e40280.
Ortiz, M. et al. 2013. Identifying keystone trophic groups in benthic ecosystems: implications for fisheries management.
Ecological Indicators, 25:133-140.
Köszönetnyilvánítás
Wei-chung Liu, Taiwan
Marco Scotti, COSBI
Carmen Livi, COSBI
Nerta Gjata, COSBI
Vasas Vera, ELTE
Christiane Lancelot, Belgium
Veronique Rousseau, Belgium
Scheuring István, ELTE
Moréh Agi, ELTE
Szilágyi András, ELTE
Podani János, ELTE
Tim Wyatt, Spain
Catherine Yule, Malaysia
Thomas Okey, Canada
Marco Ortiz, Chile
Köszönöm a figyelmet!
TIi;j = kn (k;j / lm k;l) (i;k / kn i;k)
C
PCD = 1/DC
PBA * PCB + PDA * PCD = PCA
C
C
PCD
PCB
D
PCB
D
B
PBA
A
PDA
B
PBA
PBA * PCB = PCA
A
FADs: fish aggregating devices
Problems:
We want to eat fish (healthy)
We need a lot
We may overfish some species
Effects cascade indirectly
Marine ecosystems collapse
We might want to minimize devastating marine ecosystems
Mass amount of data – sometimes poor methods and integration
Simulations, sensitivity/vulnerability analysis, optimal solutions, compromises
Processes interacting:
f: feeding on prey
a affects c
p: eaten by predator
a affects also f and p
c: catch by fisheries
age/size affects a
a: associating to FAD
a
p
f1
f2
c
p (FAD)
f1 (FAD)
f2 (FAD)
c (FAD)
0.8
0.6
0.001
0.00001
0.01
0.6
0.0001
0.000001
0.1
0.6
0.4
0.002
0.001
0.02
0.3
0.0002
0.0001
0.05
0.4
0.1
0.003
0.01
0.1
0.05
0.0003
0.001
0.01
0.2
0.001
0.01
0.1
0.2
0.0001
0.001
0.01
0.2
Bigeye tuna
Yellowfin tuna
Skipjack tuna
Bluefin tuna
A taplalekhalozat: szerkezeti modulok
A taplalekhalozat: a modulok szimulalt viselkedese