Name: measuring ecosystem health
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
Duration: 5 min 49 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth and Human Activity

ESS.EES.5.6

Community Diversity

מערכת אקולוגית היא קהילה של מרכיבים חיים ולא חיים המקיימים אינטראקציה באזור. זה יכול להיות גדול כמו כדור הארץ עצמו או יער מלא צמחים ובעלי חיים, או קטן כמו קיבה עם מערך התושבים המיקרוביאליים שלה. בריאות המערכת האקולוגית יכולה להימדד בדרכים שונות, אבל אינדיקטור טוב אחד הוא מגוון ביולוגי, מדד למגוון המינים הביולוגיים במערכת אקולוגית. 

אנו יכולים להעריך את המגוון הביולוגי באמצעות מדד שנקרא מדד שאנון-וינר, שהוצע על ידי קלוד שאנון ונורברט וינר בשנות הארבעים. מדד שאנון-וינר הוא מדד ללא יחידה, המחושב כ-H. המדד משתמש בשני משתנים: עושר המינים, או מספר המינים הנוכחים, המסומן על ידי K, ואחידות המינים, או החלק היחסי של כל מין, המסומן על ידי PI. עושר מינים הוא מספר המינים הייחודיים במערכת אקולוגית. בדוגמה זו יש שבעה. אחידות המינים מודדת את אופן חלוקת המינים במערכת אקולוגית. משמעות הדבר היא שמערכת אקולוגית שבה למינים השונים יש מספרים דומים היא אפילו יותר ממערכת שבה מין אחד או שניים מהווים את רוב האורגניזמים, כמו זה, מוצפים יחסית בארנבות. 

עכשיו, כשאנחנו יודעים מה למדוד, בואו נלמד איך למדוד את המגוון הביולוגי. מאחר שמערכות אקולוגיות יכולות להיות ענקיות, אקולוגים היו צריכים למצוא דרכים לדגום אזורים גדולים באופן אקראי במהירות. הפשוטה שבהן היא הרביעית, שהיא מסגרת בגודל קבוע, המוצבת בדרך כלל באקראי בתוך אתר דגימה. מדענים סוקרים את השטח בתוך הרביע, רושמים את עושר המינים וגם את אחידותם. באמצעות חלונות קטנים אלה הממוקמים במספר נקודות מעל מערכת אקולוגית, הם יכולים להסיק את ממצאיהם כדי לתת הערכות גיוון עבור אזור המחקר כולו. אבל למרות שטכניקה זו מאפשרת הערכה ניתנת לניהול של שטח גדול, היא אינה מושלמת. מיקום אקראי של רבעים עלול להחמיץ פרטים, וכתוצאה מכך תת-ייצוג של מינים והערכות שגויות של מגוון ביולוגי נמוך. 

מגבלה זו פירושה שקהילות מסוימות, במיוחד קהילות טלאים או לא אחידות, נדגמות טוב יותר על ידי גישה מובנית יותר. כאן, האחו שלנו גובל ביער, ובמציאות, מורכב מכתמי בית גידול שונים. כדי לכסות קהילה זו בצורה הוגנת, אנו יכולים לחלק את הנוף לבתי גידול מרכזיים וחשוב מכך, בתי גידול קצה. לעתים קרובות, באזורי קצה יש מגוון ביולוגי גדול יותר מכיוון שמינים משני סוגי בתי הגידול עשויים לחיות שם. אבל זה עלול להתפספס בדגימה אקראית מסורתית. במקום זאת, כדי למדוד את המגוון הביולוגי ברחבי קהילה כזו, אסטרטגיה טובה עשויה להיות לדגום תחילה את אזורי הליבה באופן אקראי באמצעות quadrats. הנתונים שנאספו יכולים לשמש לחישוב ערך H עבור כל סביבת מחיה מרכזית. לאחר מכן, ניתן להניח קו טרנסקט או דגימה על פני כל בית גידול ליבה, המשתרע עד לאזור הקצה. לאחר מכן ניתן לתעד את העושר והאחידות של המינים באמצעות רביעיות הממוקמות בנקודות קבועות לאורך קווים אלה. כעת באמצעות נוסחת שאנון-וינר, ניתן לחשב את מדד הגיוון עבור כל מרחק לאורך הטרנסקט, וניתן להשוות ביניהם. אזור עם ערך H גדול יותר הוא בדרך כלל מגוון יותר מאזור עם H נמוך יותר. טכניקה משולבת זו של ריבוע אקראי וטרנסקט נותנת הערכה מגוונת והוגנת יותר של האופן שבו בתי הגידול השונים באותה קהילה משווים במונחים של מגוון. 

בנוסף למדדי מינים, מדענים עשויים גם למדוד את המרכיבים הכימיים של מערכת אקולוגית כדי להעריך את בריאותה. לדוגמה, הם עשויים לבדוק זיהום, או לבחון את איכות הקרקע על ידי מדידת החומרים המזינים הנוכחים. מידע זה יכול גם להיות שימושי כדי לעזור להסביר שינויים בדפוסים של מגוון ביולוגי באזורים שונים של קהילה. לכן, בדוגמה שלנו, אם לאחו יש אדמה באיכות נמוכה יותר מאשר ליער ולשוליים, הוא עשוי לתמוך בפחות מינים. 

במעבדה זו תמדוד את המגוון הביולוגי ואת איכות הקרקע בשני אזורי ליבה שונים, ולאחר מכן תבחן כיצד המגוון הביולוגי מושפע לאורך בית גידול קצה.

גיוון קהילתי

אוכלוסיות אינן חיות בבידוד, ולכן כל אוכלוסייה מתקשרת עם אחרות בדרכים מסוימות. אינטראקציות אלה יוצרות רשת של אוכלוסיות. לפיכך, קהילה אקולוגית מורכבת מרשתות אוכלוסייה כאלה של מינים שונים המקיימים אינטראקציה זה עם זה באותו אזור. רכיבים ביולוגיים, או ביוטיים, אלה עשויים גם לקיים אינטראקציה הדוקה עם רכיבים שאינם חיים, או אביוטיים, וליצור מערכת אקולוגית. מערכות אקולוגיות עשויות להיות קטנות כמו קהילות החיידקים בתוך מערכת העיכול האנושית, מובנות על ידי ה- pH וחומרי המזון של סביבתן, או גדולות כמו יער המכיל עצים וחרקים הקשורים קשר הדוק באמצעות מחזור הפחמן. אקולוגים ואנשי שימור החלו להתעניין יותר ויותר במערכות אקולוגיות כאשר בני האדם ממשיכים לבצע בהן שינויים גדולים ברחבי העולם באמצעות עיור ושינויי אקלים. שינויים בכל רכיב בודד של מערכת אקולוגית יכולים להשפיע על רכיבים אחרים הקשורים זה לזה באופן הדוק, ועלולים לגרום לשינויים דרסטיים במערכת כולה. מסיבות אלה, כימות וחיזוי ה"בריאות" הנוכחית והעתידית של מערכות אקולוגיות הפך לנושא מרכזי במחקר אקולוגי.

<h4>מגוון ביולוגי</h4>

המונח "בריאות המערכת האקולוגית" הוא מטאפורי מכיוון שקשה להשוות את בריאותן של מערכות אקולוגיות שונות מאוד ואין ערך יחיד שניתן להשתמש בו כדי לכמת עד כמה מערכת אקולוגית בריאה. לדוגמה, במדבריות וביערות יש מגוון מינים שונה מאוד, אך אחד מהם אינו בהכרח בריא יותר מהשני. לכן, גובשו מדדים רבים כדי לייצג את בריאותה של מערכת אקולוגית, והשימוש בהם תלוי במטרות המחקר. לפיכך, "בריאות המערכת האקולוגית" עשויה להתייחס לכמה חשובה מערכת אקולוגית לבני אדם. לדוגמה, הערך של שירותי מערכת אקולוגית כמו קיבוע פחמן על ידי עצים או האבקה על ידי דבורים משמשים לכימות הבריאות של מערכות אקולוגיות. מדדים אחרים עשויים למדוד את מספר המינים הנדירים שנמצאים במערכת אקולוגית, עד כמה המערכת האקולוגית עמידה בפני שריפות, או מדידות אחרות של גורמים ביוטיים וא-ביוטיים. עבור אקולוגים, מדד בריאותי פופולרי מאוד הוא זה של מגוון ביולוגי, או "מגוון ביולוגי". מגוון ביולוגי הוא מדד למגוון המינים הביולוגיים הנמצאים באזור וניתן לחשב אותו באמצעות מדד המגוון הביולוגי שאנון-וינר.

מדד שאנון-וינר דורש שתי מדידות מקהילה מקומית: עושר ואחידות המינים. עושר מינים הוא המספר הכולל של מינים מובחנים בתוך קהילה מקומית. אזור ללא נוכחות מינים, כגון חניון שזה עתה נסלל, יהיה בעל ערך עושר של 0. יערות הגשם, הידועים בתמיכתם בכמה מהקהילות המגוונות ביותר על פני כדור הארץ, הם בעלי עושר מינים גדול בהרבה. בעוד שיש מינים רבים בדרך כלל בקנה אחד עם מערכת אקולוגית מגוונת ובריאה, יש לקחת בחשבון גם את האחידות. לדוגמה, כאשר מין אחד שולט באזור בעוד האחרים נדירים מאוד, המגוון הביולוגי באזור זה נמוך יותר מאשר באזור עם מינים בעלי שפע שווה. לכן, באזורים עם מינים רבים שהם שווים יחסית בשפע יש את הציונים הגבוהים ביותר של מגוון ביולוגי.

שאנון-וינר אינה המדד היחיד למגוון הביולוגי ולבריאות המערכת האקולוגית. לדוגמה, מדד פופולרי, שנקרא מדד EPT, משמש לקביעת איכות המים במערכות נהרות על ידי הקצאת ערכים של בריאות לאורגניזמים בודדים. באופן ספציפי יותר, מדד זה מתייחס לשלושה סדרים רגישים למזהמים של חסרי חוליות הנמצאים בנהרות: Ephemeroptera (זבובים), Plecoptera (זבובי אבן) ו Trichoptera (caddisflies). נוכחותם של מינים אלה שאינם סובלניים למזהמים בנתיב מים משמשת אינדיקציה לאיכות מים טובה והמערכת האקולוגית המדוברת נחשבת בריאה.

לעתים קרובות, אזורים רלוונטיים מבחינה אקולוגית גדולים מכדי שניתן יהיה לדגום אותם בשלמותם. כדי לפתור בעיה זו, אקולוגים דוגמים מספר חלקות קטנות יותר ברחבי אזור המחקר באמצעות רביעיות, שהן מסגרות קטנות בגודל קבוע מראש הממוקמות בנקודות ברחבי אתר המחקר, שבהן חוקר מזהה ומתעד את כל הפרטים של מינים בעלי עניין. כאשר נלקחות בחשבון מספיק דגימות מרובעות, מדענים יכולים לבצע אקסטרפולציה כדי לבצע הערכות מדויקות של קהילות אקולוגיות.

<h4>השפעות השינויים האקולוגיים</h4>

רוב השינויים האקולוגיים הטבעיים מתרחשים על פני טווח זמן ממושך. בנוסף, בני האדם ממשיכים לשנות מערכות אקולוגיות. כדי להעריך שינויים ארוכי טווח במערכות אקולוגיות, מדענים הקימו אתרי מחקר אקולוגי ארוך טווח (LTERs). אחד ה-LTERs הארוכים ביותר הוא היער הניסיוני של האברד ברוק הממוקם בניו המפשייר, ארצות-הברית. אתר זה ואחרים הגבירו את הידע על דפוסי קנה מידה של מערכות אקולוגיות כתוצאה מכריתת יערות, שינויים במשטרים הידרולוגיים והפרעות אקולוגיות ארוכות טווח אחרות1.

כאשר שינוי גדול מתרחש במהירות רבה, הוא נקרא הפרעה אקולוגית. שריפות, הוריקנים ושיטפונות הם דוגמאות להפרעות אקולוגיות. הפרעות יכולות לשנות מערכת אקולוגית על ידי מחיקת חומרי מזון ושינוי הרכב הקהילה הביולוגית. לאחר הפרעה, המינים העמידים והעמידים ביותר מועדפים להישרדות. מין או קהילה עמידים הם כאלה שיכולים לשרוד הפרעות גדולות עם נזקים מינימליים ולהתאושש במהירות מהפרעה, כמו שן הארי לאחר כיסוח דשא. דיגום אתר במשך שנים רבות לפני ואחרי הפרעות אינו ישים, אך השוואה בין אזורים שונים עם משטרי הפרעה שונים מציעה פתרון חלקי לבעיה זו.

בתי גידול מופרעים הם בדרך כלל מטושטשים; לכן, שימוש ברביעיות הממוקמות באופן אקראי עלול לגרום לתת-ייצוג של מינים ולהערכות שגויות של המגוון הביולוגי. מסיבה זו, חיוני לקחת בחשבון את הסביבה וכמה מאפיינים של בית הגידול הנחקר. זה מושג באקולוגיה נופית על ידי לימוד בתי גידול ליבה וקצה כאחד. בית גידול מרכזי ממוקם במרכז חלקה, מוקף באותו סוג של בית גידול. לעומת זאת, בית גידול קצה, הידוע גם כבית גידול גבולי, גובל בסוג בית גידול שונה. ייתכן שבתי גידול קציים, כגון המקום שבו בית גידול של יער פוגש בית גידול של אחו, הגדילו את המגוון הביולוגי מכיוון שמינים משני סוגי בתי הגידול עשויים להימצא בהם. הבדלים כאלה במגוון הביולוגי בשולי בתי הגידול נקראים אפקט קצה. כדי להעריך את אזורי המעבר האלה, אקולוגים משתמשים בשבילים לאורך בתי גידול, הנקראים טרנסקטים, ומתעדים את המגוון הביולוגי של אתרי דגימה קטנים במרווחי זמן קבועים לאורך השביל. עם זאת, לא לכל בתי הגידול יהיו השפעות קצה ולעיתים מיני קצה הם פולשים ויכולים לגדול במגוון רחב יותר של בתי גידול, ולכן אינם מעידים על מערכת אקולוגית "בריאה".

בנוסף למדידות מינים, מדענים עשויים גם לנקוט מדדים של המרכיבים הכימיים של מערכת אקולוגית כדי להעריך את בריאותה. לדוגמה, הם עשויים לבדוק זיהום, או לבחון את איכות הקרקע על ידי מדידת החומרים המזינים הנוכחים. מידע זה יכול גם להיות שימושי כדי לעזור להסביר שינויים בדפוסים של מגוון ביולוגי באזורים שונים של קהילה. ישנם גם משתנים רבים כולל טמפרטורה, משקעים על פני מסגרת זמן מסוימת, ותכונות פונקציונליות של המין, שיהיה קשה למדוד וידרוש ניתוחים סטטיסטיים מתקדמים. אקולוגים עובדים כל הזמן על דרכים חדשות לתעד את המשתנים האלה על פני קני מידה גדולים יותר של זמן ומרחב. זה פינה את מקומו לשיטות חדשות כגון חישה מרחוק של מערכות אקולוגיות, שבהן תמונות לוויין משמשות להערכת משתנים בעלי עניין על פני כדור הארץ כולו2. נתונים אלה דורשים שימוש בסטטיסטיקה רב-משתנית ובכלים מתמטיים מורכבים אחרים המפותחים ללא הרף.

ככל שהאוכלוסיות האנושיות ממשיכות לגדול ולשנות מערכות אקולוגיות ברחבי העולם, מדענים ואזרחים מודאגים פועלים לשימור ושימור מערכות אקולוגיות מאוימות. אחת הדרכים לשקם מערכות אקולוגיות שהשתנו מאוד היא באמצעות טיפול ביולוגי, הכולל שחרור של אורגניזמים ביולוגיים, בדרך כלל מיקרואורגניזמים, כדי לפרק מזהמים ולהחזיר תכונות חיוביות למערכת אקולוגית3. דוגמה אחת לכך היא שחרור מיקרואורגניזמים במי שפכים כדי לפרק את הזיהום ולהחזיר מים למצב ראוי למגורים עבור דגים4. לכן, דרכים יצירתיות לשיקום מערכות אקולוגיות יהפכו חשובות יותר ויותר לתיקון ההשפעות האנושיות על מערכות אקולוגיות.

<h4>הפניות</h4>

<ol class="references">
	<li>ליקנס, ג'ין א. חמישים שנה של משקעים מתמשכים ונתונים בכימיה של נחלים ממחקר המערכת האקולוגית של האברד ברוק (1963-2013). אקולוגיה. כרך 98 , 8: 2224.</li>
	<li>ג'אוצ'ין לי, דנדן שו, שולין גואו. חישה מרחוק של בריאות המערכת האקולוגית: הזדמנויות, אתגרים ופרספקטיבות עתידיות. חיישנים (באזל). 2014, כרך 14 (11): 21117–21139.</li>
	<li>גרביסו, איציאר אלקורטה לור אפלדה קרלוס. פרמטרים סביבתיים המשתנים על ידי שינויי אקלים משפיעים על פעילותם של מיקרואורגניזמים בקרקע המעורבים בריפוי ביולוגי. אותיות מיקרוביולוגיה של FEMS. 2017, כרך 364, 19.</li>
	<li>פ. פדמאוואתי, ק. סוניטה, ק. ויראיה. יעילות פרוביוטיקה בשיפור איכות המים ופלורת חיידקים בבריכות דגים. Afr. J. Microbiol. מיל' 2012, 6(49). 7471-7478.</li>
</ol>

אוכלוסיות אינן חיות בבידוד; לכן, כל אוכלוסייה אינטראקציה עם אחרים בדרכים מסוימות. אינטראקציות אלה יוצרות רשת של ...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

ביולוגיה

Ecology

אקולוגיה

measuring ecosystem health

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle.

Ecologists study ecosystem health because urbanization and climate change are changing ecosystems around the world. A change in one part of an ecosystem can affect other connected parts. That can lead to major shifts in the whole system. Because of this, scientists want to measure and predict the current and future health of ecosystems.

There is no single way to measure ecosystem health. The term is metaphorical, and different ecosystems are not easy to compare directly. A desert and a forest may have very different species diversity, but one is not automatically healthier than the other. Researchers use different metrics based on the goal of the study. Some look at ecosystem services, such as carbon sequestration by trees or pollination by bees. Others measure rare species, fire resistance, or other biotic and abiotic factors.

One common measure is biodiversity, or biological diversity. Biodiversity describes the variety of species in an area and can be calculated with the Shannon-Wiener biodiversity index. This index uses two measurements: species richness and evenness. Species richness is the total number of different species in a local community. A freshly paved parking lot would have a richness of 0, while a rainforest would have a much higher richness. Evenness matters too. If one species dominates and the others are rare, biodiversity is lower than in a community where species are more evenly abundant.

Another health measure is the EPT index, which is used in river systems to check water quality. EPT stands for Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera, which are mayflies, stoneflies, and caddisflies. These invertebrates are sensitive to pollution, so finding them in a waterway is a sign of good water quality. In that case, the ecosystem is considered healthy.

Ecologists often cannot sample a large habitat all at once. To solve this, they use quadrats, which are small frames of a set size placed at different points in the study area. Inside each quadrat, a researcher identifies and records the species of interest. With enough samples, scientists can estimate the ecological community more accurately.

Ecological change can happen slowly over many years or quickly as a disturbance. Fires, hurricanes, and floods are examples of disturbances. They can remove nutrients and change the makeup of the biological community. Afterward, the most resistant and resilient species are more likely to survive. A resistant species can handle major disturbance with little harm and recover quickly, like dandelions after a lawn is mowed.

To study long-term change, scientists use Long Term Ecological Research sites, or LTERs. The Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire is one of the longest running examples. These sites have helped scientists understand long-term patterns linked to deforestation, changes in water flow, and other major disturbances. Since it is not practical to sample the same site for many years before and after every event, researchers also compare areas with different disturbance histories.

Disturbed habitats are often patchy, so random quadrats can miss important species and give poor biodiversity estimates. Ecologists also study landscape patterns by comparing core habitats and edge habitats. A core habitat is found in the middle of a patch. An edge habitat, or boundary habitat, borders a different habitat type. For example, where a forest meets a meadow, biodiversity may be higher because species from both habitats can be present. These changes are called edge effects, and they are often measured with transects, or paths across the habitat, where small sampling sites are recorded at set intervals.

Not every edge shows an edge effect. Some edge species are invasive and can live in many habitat types, so they may not indicate a healthy ecosystem. Scientists also measure chemical features of ecosystems, such as pollution levels or soil nutrients. These data help explain biodiversity patterns in different parts of a community. Other variables, including temperature, precipitation over time, and species traits, can be harder to measure and may require advanced statistical analysis.

To study ecosystems across large areas and long time scales, ecologists are using remote sensing. This method uses satellite images to estimate variables across the globe. The data often require multivariate statistics and other complex math tools that are still being improved. As people continue to change ecosystems worldwide, conservation and restoration have become increasingly important. One restoration method is bioremediation, which uses biological organisms, usually microorganisms, to break down pollutants and restore favorable ecosystem traits. In wastewater, for example, microorganisms can help remove pollution and make the water habitable for fish.

Measuring Ecosystem Health

animal behavior

Drosophila Taxis in Animal Behavior

Drosophila taxis behavior is a key part of animal behavior studies. The common fruit fly, Drosophila melanogaster, is a widely used model organism in biology. It is easy to keep in small tubes, it has a short generation time of about two weeks, and males and females are easy to tell apart because males have black coloration toward the posterior and females have banded abdomens. Scientists have used Drosophila for more than a century. Thomas Hunt Morgan and his students studied mutant flies in...

energy dynamics

Food Chain Energy Flow and Biomass

Food chain energy flow shows how energy moves through ecosystems from one organism to the next. Energy cannot be created or destroyed, so it can only change form or be passed along to another organism. When a cow grazes on grass or an osprey eats fish, energy moves to the consumer. Each transfer is part of a trophic level, and these links help explain how ecosystems stay balanced. Primary producers sit at the base of the food chain. They are autotrophs, or self-feeding organisms, because they...

measuring biodiversity

Why Biodiversity Matters in Ecosystems

Biodiversity matters because it helps keep ecosystems healthy and stable. Biodiversity is the variety of living organisms in an ecosystem, and it can be measured at the genetic, species, community, and ecosystem levels. Ecologists often focus on species richness, which is the total number of different species in a local community. They also consider evenness, which describes how similar the abundances of those species are. A community with many species is not always the most diverse if one...

extinction

Mass Extinction and the Fossil Record

Mass extinction is a major loss of species, and the fossil record shows how these events changed life on Earth. Fossils from different rock layers helped scientists see that life has a long history. In the early 19th century, that idea helped launch paleontology, the study of fossils and ancient life. At first, many scientists did not fully accept that a species could disappear forever. They thought unknown organisms seen only in fossils might still live in unexplored places on Earth. By 1859,...

species distribution and biogeography

Island Biogeography and Species Richness

Island biogeography explains why species are found in some places and not others. It looks at how biotic factors, like competition and predation, and abiotic factors, like habitat size and distance, shape birth, death, immigration, and emigration rates. For a species to avoid local extinction, births and immigration must match or exceed deaths and emigration. Edward O. Wilson and Robert MacArthur helped define this field in 1967 by studying isolated oceanic islands. Islands gave early...

population growth

Population Models and Carrying Capacity

Population ecology examines how a species population changes over time. A population is a group of individuals of the same species living in the same area at the same time. To persist, a population must grow or at least stay about the same size. Ecologists study birth rate, death rate, and age distribution to understand whether a population is increasing, declining, or at risk of extinction. Population ecologists use models to predict how population size changes. Two simple models are...

community diversity

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle. Ecologists study ecosystem health...

climate change

Climate Change Effects on Sea Level and Species

Climate change affects Earth’s average temperature, sea level, and living things. Scientists distinguish climate from weather by time scale. Weather describes short-term conditions in one place, such as temperature and precipitation. Climate describes those same conditions over long periods, and global climate is measured using data from across the entire Earth. Researchers track climate change with help from meteorology, geography, oceanography, and computer models. Much of this work focuses...

group behavior

Hawk-Dove Strategy in Animal Populations

Hawk-dove strategy helps explain how animals compete and cooperate in populations. Organisms often face costs when they try to get food, shelter, or mates. Because of that, individuals can use different behavioral strategies to gain an advantage. This is clear in polymorphic mating systems, where one sex, usually males, uses more than one mating strategy. For example, dominant male sea lions defend groups of females on the beach. Non-dominant males stay in or near the water and try to mate...

optimal foraging

Patch Use in Optimal Foraging

Patch use in optimal foraging explains how organisms balance food gain against the time and energy needed to search for it. Foraging is not limited to food. Animals also search for habitats, shelter, and mates. Each choice has costs and benefits. A resource provides a benefit, but finding and capturing it takes effort. Optimal Foraging Theory models how organisms reach the best balance between those costs and gains. A key idea in this theory is that resources are often clumped into patches...

sexual selection and mate choice

Mate Competition and Fitness Traits

Mate competition and fitness traits shape how organisms choose partners and pass genes to the next generation. Evolutionary fitness depends on surviving and producing offspring, and sexual selection is a major part of that process. It creates pressure on traits used in courtship and mating, such as bright colors, ornamentation, and other features that help attract a mate. These traits can also create sexual dimorphism, which means males and females of the same species look different. Sexual...

eusociality and division of labor

Honeybee Altruism and Inclusive Fitness

Eusociality is a highly organized form of animal social life. It includes division of labor, where different individuals take on different roles in the group. In these systems, some animals help others even when it comes at a cost to their own survival or reproduction. That self-sacrificing behavior is called altruism. Early evolutionary biologists used to explain fitness only at the level of the individual. Observations of eusocial species, such as honeybees, challenged that idea. W. D.

ecology

Learn how ecologists measure ecosystem health with biodiversity, quadrats, EPT index, disturbance studies, remote sensing, and bioremediation.

Measuring Ecosystem Health | JoVE K12

ESS.EES.6.1

ESS.EES.6.3

Earth's Systems

ESS.EES.4.1

ESS.EES.4.2

Louisiana Student Standards for Science

High School

Earth Science

Human Sustainability

HS-ESS3-3

HS-ESS3-4

Environmental Science

Resources And Resource Management

HS-EVS1-1

ecosystems-interactions-energy-and-dynamics

Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-1

HS-LS2-6

HS-LS2-7

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

ES.8

ES.8.b

Alabama Course of Study Science

Unity and Diversity

9-12.EVS.2.3.a

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Life Science

interdependent-relationships-in-ecosystems

Interdependent Relationships in Ecosystems

HS-LS2-2.

HS-LS2-7.

Georgia Standards of Excellence

SEC1.

SEC1.a

Botany

SBO1.

coevolution-plant-morphological-anatomical-structures-with-animals-ie

Coevolution of plant morphological and anatomical structures with animals (i.e., pollination), Rhizobium (i.e., nitrogen fixation), and Mycorrhiza (i.e., fungi in rhizosphere).

התכוננו ללמד את גיוון קהילתי עם מדריך מדריכים זה באורך 1 דקות. כולל שלבי הכנה מרכזיים עבור מעבדת Biology ב-JoVE Lab Manual.

הכנת מדריך עבור גיוון קהילתי ב-Biology - 1.3K+ צפיות | JoVE Lab Manual

עקבו אחר הנהלים של גיוון קהילתי שלב אחר שלב בסרטון פרוטוקול סטודנטים זה באורך 13 דקות. חלק מאוסף Biology ב-JoVE Lab Manual.

פרוטוקול סטודנטים עבור גיוון קהילתי ב-Biology - 2.3K+ צפיות | JoVE Lab Manual

Threats to Biodiversity

There have been five major extinction events throughout geological history, resulting in the elimination of biodiversity, followed by a rebound of species ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Energy Dynamics

The Food Chain
Energy is one of the most important abiotic factors in an ecosystem and organisms in an ecosystem are connected by the flow of energy and ...

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

Sustainable Development

As the human population continues to grow and use resources, we must be mindful of our planet&rsquo;s natural limits. Sustainable development provides a ...

Global Climate Change

Throughout its ~4.5 billion year history, the Earth has experienced periods of warming and cooling. However, the current drastic increase in global ...

Extinction

The History of Life on Earth
Fossils of organisms that were different from anything alive today had been documented as early as the 17th century, but it ...

Ecological Disturbance

An ecological disturbance is a temporary disruption in the environment resulting from abiotic, biotic, or anthropogenic factors, causing a pronounced ...

Climate Change

The certainty of climate change remains a public controversy despite the consensus among approximately 97% of active climate researchers, who not only ...

Habitat Fragmentation

Habitat fragmentation describes the division of a more extensive, continuous habitat into smaller, discontinuous areas. Human activities such as land ...

Analyze and interpret data to explain the impacts of land use on Earth's systems.

ESS.EES.5.1

water-quality-analysis-via-indicator-organisms

Water Quality Analysis via Indicator Organisms

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba -The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Water quality analysis monitors ...

Nutrients in Aquatic Ecosystems

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Nitrogen and phosphorus are essential plant nutrients found in aquatic ...

turbidity-and-total-solids-in-surface-water

Turbidity and Total Solids in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Turbidity and total solids are related measurements addressing clarity of ...

environmental-applications-of-microorganisms

Environmental Applications of Microorganisms

Microorganisms play a pivotal role in maintaining ecosystem balance by recycling essential elements such as carbon, nitrogen, and phosphorus, as well as ...

Dissolved Oxygen in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Dissolved oxygen (DO) measurements calculate the amount of gaseous oxygen ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

Biodiversity and Human Values

Human civilization relies on biodiversity in many ways. Sudden changes in species biodiversity result in environmental changes that can modify weather ...

Analyze and interpret data to evaluate how human use of ground and surface waters impacts water quality and availability in river basins, wetlands, estuaries, and aquifers.

ESS.EES.5.2

Measuring Tropospheric Ozone

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Ozone is a form of elemental oxygen (O3), a molecule of three oxygen atoms ...

determination-of-nox-in-automobile-exhaust-using-uv-vis-spectroscopy

Determination Of NOx in Automobile Exhaust Using UV-VIS Spectroscopy

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
In the troposphere, ozone is naturally formed when sunlight splits nitrogen ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

design-example-sustainability-in-concrete-building

Design Example: Sustainability in Concrete Building

A construction firm specializing in concrete buildings constructed a sustainable commercial building.&#160;
The various sustainable practices incorporated ...

The Efficient Level of Pollution

Producing goods often results in pollution as a byproduct, but eliminating all pollution isn&#39;t practical. Doing so would mean halting the production ...

Construct an argument to evaluate the ways that human activities influence atmospheric composition.

ESS.EES.5.3

Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
The United States consumes a large amount of energy &#8211; the current ...

Dye-sensitized Solar Cells

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
Today&#39;s modern world requires the use of a large amount of energy. While ...

Energy

The universe is composed of matter in different forms, and all forms of matter contain energy.&#160; The different forms of energy on Earth originate from ...

Construct an argument to evaluate the benefits and trade-offs of using non-renewable or renewable energy sources for electricity production and transportation fuels.

ESS.EES.5.4

Proper Waste Disposal

Robert M. Rioux and Taslima A. Zaman, Pennsylvania State University, Pennsylvania, PA

Users are responsible for the proper disposal of the waste ...

Green Marketing

Green marketing is about promoting products or services by highlighting their environmental advantages.
These products or services are produced and ...

The Efficient Amount of Recycling I

In an imaginary town, Greendale, residents carelessly dispose of recyclable plastics due to minimal additional trash pickup fees, leading to recyclable ...

The Efficient Amount of Recycling II

In the town of Greendale, tackling the recyclable plastic waste issue with price or quantity mechanisms, such as a disposal fee, quota, or disposable ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Construct an argument to evaluate potential solutions that will ensure sustainable consumption of Earth's resources.

ESS.EES.5.5

Populations do not live in isolation; thus, every population interacts with others in certain ways. These interactions give rise to a network of ...

What is Conservation Biology?

Conservation biology is a scientific field that focuses on the preservation of biodiversity in order to protect ecosystems while meeting the needs of the ...

Construct an argument to evaluate a range of solutions to mitigate impacts of human activities on Earth's systems.

Dimensions of Health and Illness

The factors influencing the health-illness continuum can be internal or external and may or may not be under conscious control. They are related to the ...

The Soil Ecosystem

Plants obtain inorganic minerals and water from the soil, which acts as a natural medium for land plants. The composition and quality of soil depend not ...

Analyze and interpret data to infer how use of natural resources impacts ecosystems and human populations, including human health.

simulating-impacts-of-ice-storms-on-forest-ecosystems

Simulating Impacts of Ice Storms on Forest Ecosystems

Ice storms can have profound and lasting effects on the structure and function of forest ecosystems in regions that experience freezing conditions. ...

Construct an argument to infer how some natural hazards (such as flooding and wildfires) are increasing in frequency and intensity due to human activities.

ESS.EES.6.2

Construct an argument to explain how natural hazards and other environmental problems may impact some human populations more than others.

Evaluate how human consumption patterns impact Earth's systems.

Measuring Ecosystem Health

Description

Transcript

More videos by Standards