Združbe, interakcije in komunikacije v ekosistemih

V predlaganem raziskovalnem programu ‘Združbe, interakcije in komunikacije v ekosistemih’, bomo uporabili integrativen in interdisciplinaren pristop k raziskovanju ključnih mehanizmov, ki oblikujejo strukturo in usmerjajo funkcije ekosistemov. Slovenija ima kot ena od evropskih vročih točk biotske pestrosti še vedno velike površine neokrnjenih naravnih območij, kar zagotavlja idealne možnosti za raziskave dinamike naravnih ekosistemov. S povezovanjem znanja na različnih ravneh biološke organizacije, od molekul do ekosistemov, bomo obravnavali temeljna znanstvena vprašanja in teme, ki so bistvene za trajnostni razvoj človeštva. To daje predlaganemu programu močan mednaroden pomen, ki se sicer že kaže v močnih mednarodnih povezavah kot tudi v vodilni vlogi na različnih področjih temeljnih in uporabnih znanosti vključenih v program. Cilj sklopa 'Biotska pestrost: procesi in vzorci' je osvetliti ključne evolucijske in ekološke mehanizme, ki oblikujejo vzorce biotske pestrosti. Raziskali bomo procese, ki v ciljnih ekosistemih spodbujajo in ohranjajo biološko raznolikost, od prepoznavanja ustreznih filogenetskih enot in dinamike spolne selekcije, do vplivov drugih vrst v okolju, ki se izražajo preko komunikacijskih omrežij, prehranjevalnih odnosov in medvrstne kompeticije. Cilj sklopa 'Upravljanje z ekosistemi' je zagotoviti trdno znanstveno osnovo, ki je potrebna za trajnostno rabo obnovljivih naravnih virov in razvoj učinkovitih varstvenih ukrepov z namenom preprečevanja upadanja biotske pestrosti in degradacije ekosistemov. Cilj je bistvenega pomena za ohranitev ključnih ekosistemskih storitev v spreminjajočem se okolju. Za doseganje tega cilja bomo raziskovali potencial invazivnosti tujerodnih vrst v različnih ekoloških scenarijih, ekologijo divjih opraševalcev, subletalne učinke pesticidov na plenilce in preživetje travniških ptic v kulturni krajini. Razvili bomo nove strategije zaščite rastlin kot tudi učinkovitejše pristope upravljanja in monitoringa ogroženih saproksilnih hroščev. Poseben poudarek bo na raziskavah okoljskih vplivov na bioto in ključne ekološke procese površinsko-podzemnih ekotonov kraških in aluvialnih vodonosnikov pomembnih za čiščenje vode in na razvoju ukrepov za ublažitev degradacije in obnove površinskih in podzemnih ekosistemov. Raziskovalni program bosta izvajala Oddelek za raziskave organizmov in ekosistemov Nacionalnega inštituta za biologijo ter Prirodoslovni muzej Slovenije. Obe instituciji razpolagata s ključno infrastrukturo, ki je potrebna za dosego ciljev programa, od najsodobnejših laboratorijev do nacionalnih zbirk biotske pestrosti, ki so ključne za oceno preteklih in bodočih sprememb okolja in biotske pestrosti. Program poleg znanstvene odličnosti podpira tudi prenos znanja in promocijo znanosti.

V raziskovalnem programu ‘Združbe, interakcije in komunikacije v ekosistemih’ se bomo s kompleksnim in interdisciplinarnim pristopom, ki je nujno potreben za integrativne raziskave na ekosistemskem nivoju, posvečali tako osrednjim znanstvenih vprašanjem kot tudi postavljanju ključnih izhodišč za trajnostni razvoj človeške družbe. Program je razdeljen na dva povezana delovna sklopa, ki se med seboj dopolnjujeta. V sklopu 'Biotska pestrost: procesi in vzorci' se bomo posvetili vzorcem morfološke, genetske, fiziološke, ekološke in vedenjske pestrosti, kot tudi procesom, ki povzročajo diferenciacijo naravnih populacij, kar je osnova biotske pestrosti ekosistemov. Glavni cilj je razkriti ključne evolucijske in ekološke mehanizme, ki te vzorce oblikujejo. Z rezultati pridobljenimi v sklopu 'Upravljanje z ekosistemi' želimo določati smernice za trajnostni razvoj, ki bo ohranjal biotsko pestrost na vseh nivojih in zagotavljal trajnostno rabo obnovljivih naravnih virov. S povezovanjem znanja preko različnih nivojev biološke organizacije, želimo odpirati nova raziskovalna področja in hkrati omogočiti razvoj inovativnih rešitev. Trend raziskovanja v svetovnem merilu bomo usmerjali na sledečih področjih: Prelomne raziskave vibracijske komunikacije raznovrstnih, do sedaj večinoma prezrtih modelnih skupin, bodo omogočile nujno potreben vpogled v mehanizme, ki so ključnega pomena za razumevanje evolucijskih procesov. Pričakujemo, da bodo poglobljene študije izmenjave signalov med spoloma razkrile pomembne, a do sedaj večinoma neznane mehanizme v evoluciji razvoja sistemov spolne komunikacije in s tem povezanega nastanka vrst. Raziskave vibracijskih komunikacijskih omrežij bodo v osnovi spremenile splošno dojemanje in razumevanje tega načina sporazumevanja. Ker je vibracijska komunikacija najbolj razširjena oblika sporazumevanja z zvočnimi signali, bodo pričakovani rezultati omogočili nov vpogled v procese, ki so osrednjega pomena za razumevanje splošnih osnov sporazumevanja. Hkrati, bomo tudi razvijali inovativne, alternativne pristope obvladovanja žuželčjih škodljivcev, ki se sporazumevajo z vibracijami, saj so naši dosedanji rezultati že odprli novo področje na stičišču temeljnih in aplikativnih raziskav. Raziskave medvrstnih interakcij bodo omogočile povsem nove vpoglede v koevolucijo avtohtonih in tujerodnih vrst ter multitrofične učinke plenilskih interakcij med ključnimi vrstami v ekosistemih. Visoka dodana vrednost razvoja natančnejšega sistema za oceno odzivov določene vrste na okoljske spremembe z vrednotenjem fundamentalnih oziroma fizioloških niš vrst, je njegova široka geografska uporabnost, kot tudi, da bo mogoče s temi modeli vrednotiti in napovedovati biotske spremembe v okolju na podlagi pričakovanih okoljskih sprememb, kot je na primer globalno segrevanje in degradacija okolja. Pristop vključuje nove vidike obravnave ekoloških niš vrst, do katerih so pripeljale dosedanje raziskave tujerodnih vrst, učinkov globalnega segrevanja ozračje in globalnega povečevanja človeške populacije, ki se odraža tako v pospešeni urbanizaciji kot povečanem izkoriščanju naravnih virov prek meja njihovih zmogljivosti. Pričakujemo, da bodo rezultati raziskav pripeljali, tako k zanesljivejšemu vrednotenju posledic teh pojavov ter s tem prispevali k oblikovanju ukrepov za trajnostni razvoj človeške družbe, kot tudi  jasno pokazali, kakšno stopnjo izumiranja vrst lahko pričakujemo v prihodnje in kakšne posledice bodo ta izumrtja imela za človeško populacijo. Interdisciplinarne raziskave ekotonov med površinskimi in podzemnimi vodami (t.j. hiporeik) bodo nadgrajevale obstoječe znanje tako, da bodo poglobile razumevanje povezav med strukturo in funkcijo ter omogočile nove vpoglede na vpliv multiplih-stresorjev in njihovih interakcij na združbe in biogeokemične procese na različnih nivojih prostorske resolucije (t.j. od mikrokozmosa do regionalnih študij).

Pričakovani rezultati programa ‘Združbe, interakcije in komunikacije v ekosistemih’ so trdno umeščeni v vse tri stebre trajnostnega razvoja (ekonomski razvoj, socialni razvoj, ter varstvo okolja in narave) in bodo imeli dolgotrajne družbene učinke. Zagotovili bodo nujno potrebne empirične podatke za razvoj novih in naprednejših pristopov pri upravljanju z ekosistemi, ter za razvoj učinkovitih sistemov varovanja narave, kar je ključnega pomena za ohranitev zdravega okolja in človeške blaginje tako v Sloveniji kot drugje po svetu. Ohranjeni ekosistemi družbo brezplačno oskrbujejo s številnimi storitvami, ki niso ključnega pomena samo z vidika neposrednega preživetja (npr. proizvodnja hrane, čiščenje vode), temveč so pomembne tudi za ohranjanje stabilnosti okolja in kot temelj gospodarstva. Naše raziskave so pomembne za razvoj celostnega razumevanja delovanja ekosistemov. Le s tako preglednim znanjem o naravnih procesih lahko ponudimo učinkovite predloge za trajnostno izkoriščanje okolja, ki ob pričakovanem dolgoročnem obstanku in razvoj naše družbe nima alternative. Rezultati naših raziskav bodo kmetijstvu omogočili učinkovitejše koriščenje naravnih virov, kar pomeni večje pridelke ob nižji stopnji degradacije ekosistemov. To bomo dosegali na področju (a) opraševanja rastlin, z rezultati raziskav na medonosni čebeli in divjih opraševalcih, (b) zmanjševanja kemičnega obremenjevanja okolja, z izboljševanjem metod integriranega varstva pred škodljivci (c) z uvajanjem novih režimov gospodarjenja s travišči. Glede na to, da ti pereči problemi bremenijo kmetijstva v številnih državah, bodo naši rezultati cenjeni tudi drugod po svetu. Slovenija je ena najbolj gozdnatih evropskih držav, glede na število zavarovanih vrst in površin območji Natura 2000 pa v samem vrhu. Naši rezultati bodo pripomogli k bolj učinkovitem trajnostnem izkoriščanju gozda, v smislu določanja količine posekanega drevja, načina sečnje, optimalne količine in oblike odmrlega lesa v gozdu, ipd. Slabo upravljanje je po vsem svetu pomemben povzročitelj zmanjševanja biotske pestrosti v celinskih vodah, kar zaskrbljujoče zmanjšuje učinkovitosti izvajanja ekosistemskih uslug. Raziskave o pomenu rek, jezer, tudi močvirij v ponudbi ekosistemskih uslug, so v zadnjih desetletjih prinesle številna nova odkritja, povsem v senci pa so ostala nekatera druga mokrišča, ki so ključnega pomena za npr. proces čiščenja vode. Primer so ekotoni med površinsko in podzemno vodo, ki bodo v ospredju naših raziskav. Z rezultati bomo tako prispevali k razvoju izvirnih pristopov pri upravljanju s površinskimi in podzemnimi vodami in s tem  k ohranjanju čiste pitne vode. Ohranjanje biotske pestrosti je visoko v političnih načrtih Slovenije, Evropske unije in številnih ostalih držav na svetu. Kljub zavezanosti k ukrepanju in številnim sprejetim ukrepom na tem področju pa rezultati še ne kažejo bistvenega izboljšanja stanja. Ključni problem je v slabem poznavanju celovitega delovanja ekosistemov. Z našim kompleksnim in interdisciplinarnim pristopom pri raziskavah, ki zmanjšujejo omenjene slabosti v razumevanju delovanja ekosistemov pričakujemo, da bomo pomembno prispevali k globalni zaustavitvi izgubljanja biotske pestrosti. Program predstavlja ključni raziskovalni mehanizem za pridobivanje novega bazičnega in aplikativnega znanja o varstveno pomembnih skupinah organizmov (npr. hrošči, raki, ptice, sesalci), njihovih povezavah in je neprecenljiv vir znanja za načrtovanje posegov varstva narave, ki jih izvajajo ministrstva, različni javni zavodi in nevladne organizacije po celem svetu. V predlagan program se vključuje tudi osrednji nacionalni arhiv slovenske biotske pestrosti (naravoslovne zbirke, slovenski arhiv živalskih zvokov), ki je shranjen v zbirkah Prirodoslovnega muzeja Slovenije. Zbirke po eni strani predstavljajo del ključne znanstvene infrastrukture, ki jo bomo uporabljali med našimi raziskavami, po drugi strani pa se z njimi pomen našega programa širi tudi na kulturno področje, saj