Zmienność osobnicza a dynamika metapopulacji: model osobniczy

The individual-based model is presented for describing the dynamics of metapopulations. The model of the local population describes the dynamics of the population with non-overlapping generations. The growth of the individuals is followed in every generation. The growth rate of individuals is affected by the level of resources. The individuals compete for these resources, which are therefore not evenly distributed among the individuals. The persistence of a local population in which the individuals could not disperse was compared to the persistence of the metapopulation. Metapopulation models differed in the conditions under which individuals disperse. In some versions of the model the individuals that dispersed were the weaker individuals in the local population - they dispersed because they could not acquire any resources in the original local habitat, or because they could not acquire enough resources to reproduce. In another version, the individuals that dispersed were the stronger individuals. They migrated immediately before the extinction of the local population. In the last version of the model, the dispersing individuals were selected at random. The model showed that the reason for which the individuals dispersed affected the persistence of the metapopulation. In contrast to classic models, one cannot assume that dispersion could be adequately described in terms of the diffusion equation. The effect of the reproduction rate and the variability of the individuals in the population on the persistence of different version of the metapopulation model was also analyzed

Ecology through the eyes of a non-ecologist

Ecology is a branch of biology that deals with the life of plants and animals in their environment. Nature protection are practical actions where ecology is applied. Ecology is the most biological branch of biology because it deals with individuals in their living environment, and individuals "exist" only in biology. The most important issue being considered in ecology is biodiversity: its changes and its persistence. In their research, ecologists focus on the functioning of ecological systems. In classical terms, they assume that the most important mechanism is density dependence. Mathematical models traditionally applied in ecology include ordinary difference and differential equations, which fits well with the assumption of density dependence, but this results in ecology being dominated by considerations of the stability of ecological systems. Evolutionary biology and ecology have separate areas of interest. Evolutionary biology explains the formation of optimal characteristics of individuals. Ecology also takes into account those individuals who have lost in the process of natural selection. The mathematical methods used in classical ecology were developed for the use of physics. The question arises whether they give a precise picture of the dynamics of ecological systems. Recently, a view has emerged stating that in order to see the importance of full-scale biodiversity, we should refer to individuals (rather than population density) as basic "atoms" that make up ecological systems. In ecology, we call this an individual-based approach. However, it gives a very complex picture of how ecological systems work. In ecology, however, there is an alternative way to describe the dynamics of ecological systems, i.e. through the circulation of matter in them and the flow of energy through them. It allows the use of traditional difference and differential equations in the formulation of mathematical models, which has proven itself in practical applications many times

Evolution of theoretical ecology in last decades: why did individual-based modelling emerge

Mathematical models of classical theoretical ecology are state variable models. They use density of population as a state variable. Because such models posses equilibrium states and they are stable around them, classical theoretical ecology has been dominated by considerations about stability of ecological systems. Three factors observed in ecology in last decades had great influence on the gradual decline of the classical theoretical ecology: first one is development of evolutionary ecology and the stress it laid on individuals, the second one nonequlibrium way of thinking about dynamics of ecological systems and the third one various methodological doubts about application of difference and differential equations in ecology. Individual-based modeling has emerged as the result of this discussions. However, individual-based approach to modeling the dynamics of ecological systems has natural tendency to describe particular systems and to produce their detailed models. Much should be done in the future to solve general problems formulated by classical theoretical ecology using method of individual-based approach

Ekologia oczami nieekologa

Ekologia jest dziedziną biologii zajmującą się życiem roślin i zwierząt w ich środowisku. Ochrona przyrody to praktyczne działania, gdzie stosuje się ekologię. Ekologia jest najbardziej biologiczną dziedziną biologii, ponieważ zajmuje się osobnikami w ich środowisku życia, a osobniki „istnieją” tylko w biologii. Najważniejszym problemem, jaki rozważa się w ekologii jest różnorodność biologiczna: jej zmiany oraz jej trwanie. W swoich badaniach ekolodzy skupiają się na funkcjonowaniu układów ekologicznych. W klasycznym ujęciu zakładają, że najważniejszymi mechanizmami są zależności od zagęszczenia. Model matematyczne stosowane tradycyjnie w ekologii to zwykle równania różniczkowe i różnicowe, co dobrze pasuje do założenia o zależnościach od zagęszczenia, ale powoduje to, że ekologia została zdominowana przez rozważania nad stabilnością układów ekologicznych. Biologia ewolucyjna i ekologia mają rozłączne dziedziny zainteresowania. Biologia ewolucyjna wyjaśnia powstawanie optymalnych cech osobników. Ekologia bierze pod uwagę także te osobniki, które przegrały w procesie doboru naturalnego. Metody matematyczne używane w klasycznej ekologii powstały na użytek fizyki. Rodzi się pytanie, czy dają one prawidłowy obraz dynamiki układów ekologicznych. Ostatnio pojawił się pogląd, że, aby dostrzec znaczenie różnorodności biologicznej w pełnej skali, powinniśmy odwołać się do osobników (a nie do zagęszczenia populacji) jako podstawowych „atomów”, z których składają się układy ekologiczne. Zwiemy to podejściem osobniczym w ekologii. Daje ono jednak bardzo skomplikowany obraz funkcjonowania układów ekologicznych. W ekologii istnieje jednak alternatywny sposób opisu dynamiki układów ekologicznych poprzez krążenie materii w nich i przepływ energii przez nie. Pozwala on przy budowie modeli matematycznych na stosowanie tradycyjnych równań różniczkowych i różnicowych, co wielokrotnie sprawdzało się w praktycznych zastosowaniach

Teaching of Biology Supported by Mathematical Models

In the life sciences, the use of mathematical modelling and computer simulation methods has brought many benefits. This is the case, for example, in physics. Biology makes very little use of these methods. One of the reasons for this may be that the biology teaching process is conducted in such a way that it discourages young people with an interest in mathematics and computer science. We propose to support the process of teaching biology by introducing simple elements of mathematical modelling of ecological processes. In this work, we showed what benefits would be the application of the NetLogo program in teaching biology in secondary schools. NetLogo is a multi-agent programming language designed to simulate complex phenomena. It is intended for both research and education and is used in a wide variety of scientific disciplines. We used the NetLogo program to create a model of searching for food by ants. We have shown that teaching biology by building a computer model forces a deeper understanding of the problem we are working on and uses and develops the creative abilities of young people

A comparative analysis of parallel processing and super-individual methods for improving the computational performance of a large individual-based model

Individual-based modelling approaches are being used to simulate larger complex spatial systems in ecology and in other fields of research. Several novel model development issues now face researchers: in particular how to simulate large numbers of individuals with high levels of complexity, given finite computing resources. A case study of a spatially-explicit simulation of aphid population dynamics was used to assess two strategies for coping with a large number of individuals: the use of ‘super-individuals’ and parallel computing. Parallelisation of the model maintained the model structure and thus the simulation results were comparable to the original model. However, the super-individual implementation of the model caused significant changes to the model dynamics, both spatially and temporally. When super-individuals represented more than around 10 individuals it became evident that aggregate statistics generated from a super-individual model can hide more detailed deviations from an individual-level model. Improvements in memory use and model speed were perceived with both approaches. For the parallel approach, significant speed-up was only achieved when more than five processors were used and memory availability was only increased once five or more processors were used. The super-individual approach has potential to improve model speed and memory use dramatically, however this paper cautions the use of this approach for a density-dependent spatially-explicit model, unless individual variability is better taken into account

Wpływ stopnia izolacji kęp olsowych na aktywność i różnorodność epigeicznych bezkręgowców

W 2004 roku badano aktywność i różnorodność epigeicznych bezkręgowców w lesie olsowym (zbiorowisko Alnus glutinosa-Carex elata). Wybrano: fragment olsu oraz 23 kępy olsowe, o średniej powierzchni 0,27 m2. Zainstalowano także 16 sztucznych kęp: 4 z nich były tej samej wielkości co naturalne oraz 12 mniejszych, o powierzchni 0,1 m2. Przeciętna wysokość kęp wynosiła 0,4 m. Odległości między poszczególnymi kępami wahały się od 1 do 2 m. Kępy były położone 3, 5, 7, 9 i 11 m od fragmentu olsu. Materiał zbierano stosując pułapki glebowe. Próbki pobierano co 7 lub 14 dni, dwukrotnie w sezonie: gdy kępy były izolowane lub nie były izolowane przez wodę. Odległość od olsu nie wpływała na aktywność i różnorodność epigeicznych bezkręgowców na kępach. W próbkach najliczniej występowały saprofagi: Isopoda i Collembola oraz drapieżniki: Araneae i Carabidae

15 lat Instytutu Ekologii i Bioetyki na Uniwersytecie Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie

W 2017 roku mija 15 lat od utworzenia Instytutu Ekologii i Bioetyki w ramach Wydziału Filozofii Chrześcijańskiej na Uniwersytecie Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie. Jest to tym samym 15 lat prowadzenia kierunku ochrona środowiska. Humanistyczne aspekty ochrony środowiska były podejmowane jeszcze przed 2002 rokiem. Dlatego warto przypomnieć historię i głównych organizatorów Instytutu Ekologii i Bioetyki, ukazać ewolucję podejmowanych problemów badawczych oraz zasygnalizować proponowany dalszy rozwój badawczy i naukowy