Vědy o živé přírodě: Přehled klíčových konceptů a výzkumu

Cílem studia je vzdělávat studenty v oblasti věd o živé přírodě a připravovat je jako vysoce kvalifikované pracovníky pro vědeckou činnost. Úvodní část studia je vyhrazena prohloubení teoretických a praktických znalostí. Paralelně s tím probíhá zpracování samostatné literární rešerše k zadanému tématu doktorské disertace. Samotné těžiště činnosti studentů spočívá v jejich vlastní vědecké práci. Studenti jsou školitelem vedeni, aby byli schopni samostatně realizovat všechny fáze vědeckého projektu. Jsou též vedeni ke zpracování získaných experimentálních dat metodologicky relevantně, stejně tak k jejich interpretaci a následné prezentaci v různých formách.

Program je vysoce multidisciplinární a ve srovnání s tradičním studiem biologie je více zaměřen metodologicky a analyticky. Díky přístupu ke špičkové infrastruktuře, mohou studenti lépe kombinovat různé biochemické, bioanalytické i vizualizační instrumentální techniky s řešením biologických problémů, což zvyšuje dopad jejich vědecké činnosti i následně jejich flexibilitu uplatnění na trhu práce včetně pozic v mimoakademické sféře, např. v rámci existujících biotechnologických firem či v nově vznikajících spin-off.

Koncepce programu reflektuje současnou úroveň poznatků vědy, potřeby trhu práce a celkové trendy v oboru. Současně těží ze systému podpory v rámci tzv. CEITEC PhD School, která představuje koncepci péče o doktorské studenty zapojené do výzkumných týmů v CEITECu a současně klade důraz na rozšíření kompetencí budoucích absolventů v socio-manažerských, technologických a přenositelných dovednostech.

Ty jim umožní vést svou navazující výzkumnou činnost efektivním a moderním způsobem a poskytnou jim velmi dobrý přehled o etických aspektech výzkumu nezbytných pro bádání v oblasti živých věd a výzkumu a vývoji obecně.Program cílí na mezinárodní uplatnění absolventů. Je připravován v české i anglické verzi, výuka většiny předmětů, všech seminářů a ve velké míře i výzkumná činnost probíhá v anglickém jazyce.

Ekologie a ekosystémy

Příroda sestává ze živých i neživých složek. Mezi živé složky přírody patří organismy: rostliny, živočichové, houby, mikroorganismy aj. Mezi neživé složky přírody náleží např. vzduch, voda či horniny a minerály (nerosty). Ucelené součásti přírody se označují jako ekosystémy. Ekosystémy lze rozdělovat např. na suchozemské (les, louka) a vodní (rybník, jezero).

Čtěte také: Kapitoly z environmentální vědy

Ekologie jako věda

Ekologie se zabývá vztahy v přírodě. Zkoumá vztahy mezi organismy navzájem i mezi organismy a prostředím. Termín ekologie často bývá nesprávně používán pro ochranářské aktivity a tvorbu životního prostředí. Nejde o jedno a to samé. Ucelené součásti přírody se označují jako ekosystémy.

Přirozené ekosystémy vznikají (víceméně) bez zásahu člověka (např. tropický deštný les, korálové útesy, přirozený lesní porost). Naopak umělé ekosystémy musí člověk udržovat a dodávat do nich energii (např. hnojení, orba a osévání pole, sečení či spásání louky). Ekosystémy jsou různě stabilní, neboli snášejí jen určitou míru narušení. Postupně se vyvíjejí, to se označuje jako sukcese (např. hromada zeminy postupně zaroste bylinami, keři, nastěhují se sem živočichové aj.). Pro ekosystémy je důležitá i přítomnost „mrtvé“ organické hmoty: např.

Organismy jsou přizpůsobené na určité podmínky (adaptace) a snášejí jen jejich určité rozpětí (ekologická valence). Organismy snášející jen úzký rozsah podmínek se považují za bioindikátory (např. Areál splňuje ekologické požadavky organismu, je to území, kde se vyskytují jedinci určitých druhů. Organismy mohou být na určitém místě původní (mít zde tzv. primární areál). Také mohou žít na místech, kde se původně nevyskytovaly (sekundární areál, např.

Abiotické faktory

Abiotické podmínky (faktory) prostředí souvisejí s neživou přírodou. Viditelné světlo je zdrojem energie pro fotosyntézu, ale též obecně slouží k orientaci či komunikaci organismů. Světlo organismy vnímají světločivnými buňkami či zrakem. To u živočichů souvisí např. s přítomností určitého zbarvení (mj. výstražného či maskovacího), rostliny na své pestře zbarvené části mohou lákat např. Změny intenzity světla vedou u živočichů k ovlivňování biorytmů, které souvisejí např. s rozmnožováním či migrací. Životní cyklus rostlin je ovlivněn délkou dne.

Organismy mají různé nároky na světlo: živočichové se nedostatku světla (to je spojeno např. s noční aktivitou či životem v podzemí) přizpůsobili např. UV záření má kratší vlnové délky a větší energii než viditelné záření, ničí proteiny a nukleové kyseliny. Organismy se UV záření či nadbytku viditelného světla mohou bránit pomocí pigmentů (např. melanin u živočichů, karotenoidy u rostlin). Teplo ze Slunce na Zemi přichází hlavně ve formě viditelného světla a infračerveného záření.

Čtěte také: Novinky z oblasti přírody a vědy

Teplota je dána počasím a klimatem místa, v němž organismy žijí. Suchozemské rostliny udržují teplotu svých těl pomocí odevzdávání a vypařování vody (transpirace). Živočichové mohou být ektotermní (jejich teplota je závislá na teplotě prostředí) či endotermní (udržují si stálou tělesnou teplotu). Stálá tělesná teplota je typická pro ptáky a savce. Živé organismy ovlivňuje chemické složení vzduchu (což je svázáno se zásadními biochemickými procesy: fotosyntézou a buněčným dýcháním), ale také jeho teplota, tlak či proudění.

Rostliny vzduch využívají např. k přenosu pylu či diaspor (plodů, semen). Někteří živočichové mohou vzduchem aktivně létat, živočichové či jiné organismy se mohou nechat pasivně přenášet (tzv. Voda je součástí životního prostředí, je obsažena také v organismech samotných. Ve vodě bývají rozpuštěné minerální látky (obsah solí se označuje jako salinita) či plyny. Povrchové napětí vody někteří bezobratlí živočichové využívají k pohybu po hladině.

Rostliny mohou mít různé nároky na vodu, u těch žijících v suchém prostředí mnohdy bývá vyvinuta sukulence (tvoří si zásoby vody ve ztlustlých orgánech, zabraňují ztrátám vody pomocí CAM fotosyntézy). Živočichové se dostupnosti vody přizpůsobují např. určitým množstvím potních žláz či průběhem vylučování. Makrobiogenní prvky jsou ve velkém množství nezbytné pro život (\mathrm{C}, \mathrm{H}, \mathrm{O}, \mathrm{N}, \mathrm{P}, \mathrm{S}). V menším množství organismy vyžadují prvky oligobiogenní a stopové.

Vztahy mezi organismy

Více jedinců určitého druhu tvoří populaci. Velikost populací je dána natalitou (porodností) a mortalitou (úmrtností). Velikosti populací mohou kolísat v čase (např. zvětšení populace kořisti vede ke zvětšení populace predátora). Růst populace je obvykle omezen podmínkami prostředí. Populace může mít určitý rozptyl (rozmístění jedinců v prostoru). Více populací v určitém prostoru tvoří společenstvo (biocenózu).

Ekologická nika je soubor všech faktorů prostředí působících na organismus. Vnitrodruhové vztahy existují mezi jedinci stejného druhu. Jedinci mohou napodobovat své chování, soutěžit o pohlavní partnery či si vymezovat teritorium. Predace je potravní vztah, kdy predátor (dravec) zabíjí svou kořist. Jako symbióza se v biologii označuje jakýkoli úzký mezidruhový vztah, nehledě na jeho (ne)výhodnost pro zúčastněné strany. Organismy mohou na symbióze být zcela či částečně závislí.

Čtěte také: Biologie a environmentalistika na UK

• mutualismus (+/+) - Např.
• komezálismus (+/0) - Např.

U živočichů se rozlišují vnější parazité (např. klíště, veš, komár sající krev) a vnitřní parazité (např. Parazitoidi zabíjejí svého hostitele, např. U rostlin se klasicky rozlišují poloparazité, kteří sami fotosyntetizují (např. jmelí) a berou hostiteli hlavně vodu a minerální látky. Úplní parazité (holoparazité) jsou na svém hostiteli aspoň po část života zcela závislí (např.

Potravní řetězce a vztahy

Potravní řetězce popisují, jak se látky a energie v přírodě přesouvají mezi organismy. Na počátku potravních řetězců stojí producenti, což bývají fotosyntetizující organismy. Díky fotosyntéze ukládají energii slunečního záření do chemických vazeb a vytvářejí organické látky bohaté na energii. Producenty se živí konzumenti 1. řádu, což jsou obvykle býložraví (živící se rostlinami) či všežraví živočichové.

Konzumenty 1. řádu žerou konzumenti 2. řádu (podobně dále s konzumenty dalších řádů). Mrtvá těla všech účastníků potravního řetězce zpracovávají rozkladači (dekompozitoři). Ti uvolňují různé látky zpět do prostředí, jsou tak k dispozici dalším organismům. Mezi rozkladače typicky patří bakterie, houby či někteří bezobratlí živočichové (např. Znázornění potravních řetězců je do určité míry zjednodušující: ve skutečnosti např. určitý živočich nežere jen jeden druh jiného živočicha (pro přesnější vyjádření potravních vztahů se využívají tzv.

Rozkladači

Rozkladači (dekompozitoři) se významně podílejí na koloběhu látek v přírodě. Rozkládají mrtvou organickou hmotu (mrtvé organismy). Organická hmota je rozkladači zpracovávána na jednodušší látky. Tyto látky (živiny i minerální látky) se pak vracejí do prostředí a mohou je využít další organismy. Mrtvá organická hmota (např. dřevo, těla živočichů) se díky rozkladačům v přírodě dlouhodobě nehromadí.

Mezi typické rozkladače patří nezelené bakterie a houby. Živočichové se mohou živit mrtvou rostlinnou hmotou (např. žížala, stínka) či výkaly (třeba koprofágní brouci, např. hnojník obecný či chrobák velký). Na odbourávání organické hmoty se podílejí také mrchožrouti. Ti se živí většími mrtvými těly živočichů (takto se částečně živí např. Houby, bakterie a bezobratlí živočichové jakožto rozkladači obvykle pro svou aktivitu potřebují vlhké prostředí.

Zároveň je potřeba, aby se jim zpracovávané organismy „nebránily“ - např. proti bakteriím a houbám dokáže zasáhnout imunitní systém živočichů. Mnozí rozkladači vyžadují kyslík, někteří se bez něj obejdou (anaerobní bakterie). Rozkladači (např. žížaly) mají význam při kompostování, v rámci něhož se organické zbytky (třeba z kuchyně, zahrady) přemění na živinami bohatý kompost.

Rozkladači mohou člověku škodit: např. houby způsobují „plesnivění“ potravin (houba tedy „začne jíst“ potravinu dříve, než to stihne udělat člověk) či rozklad (hnilobu) dřeva. Pro dřevěné konstrukce může být ohrožením i dřevokazný hmyz (např.

Cyklus uhlíku

Chemický prvek uhlík (\mathrm{C}) je zásadní pro život na Zemi. Uhlík se také nachází v zemské kůře, např. jako minerál grafit nebo jako součást uhličitanu vápenatého (\mathrm{CaCO_3}, např. ve vápenci). Uhlík se v rámci organických látek nachází v zemním plynu, uhlí či ropě (z té se vyrábí např. benzín či nafta). Oxid uhličitý je skleníkový plyn. Zvětšování jeho množství v atmosféře vlivem lidské činnosti způsobuje klimatickou změnu.

Fotosyntézu provádějí zejména řasy/rostliny. Využívá (spotřebovává) se při ní oxid uhličitý a voda. Za účasti světla vznikají organické látky bohaté na energii a kyslík. Fotosyntéza tedy vede k odstraňování uhlíku z atmosféry a jeho ukládání do organické hmoty (např. Drtivá většina živých organismů (včetně těch fotosyntetizujících) používá k získávání energie buněčné dýchání (přesněji aerobní respiraci). Fotosyntéza a buněčné dýchání jsou dva různé děje.

Rostliny fotosyntetizují i provádějí buněčné dýchání. Pomocí fotosyntézy vytvoří organické látky bohaté na energii. Rozkladači získávají energii zpracováním látek z odumřelých organismů. Pokud látky ve výsledku zpracují pomocí kvašení či buněčného dýchání, uvolňuje se oxid uhličitý. V případě tzv. Člověk ke své činnosti potřebuje energii. Tu mnohdy získává spalováním biomasy nebo fosilních paliv (např. v průmyslu, dopravě, energetice).

Na emisích oxidu uhličitého se dále podílí změny využití půdy a odlesňování (ekosystémy ztrácejí schopnost vázat uhlík, uvolňuje se uhlík nashromážděný v biomase). Odlesňování se týká např. Oxid uhličitý vzniká i při zpracování některých surovin, např.

Další cykly látek

Určité látky důležité pro život podléhají složitým koloběhům (cyklům). organické látky (zejm. jako samostatný prvek (např. např. Síra (\mathrm{S}) se uvolňuje z hornin či je spojena se sopečnou činností. V živých organismech je součástí některých aminokyselin. Je obsažena i ve fosilních palivech.

Fosfor (\mathrm{P}) je zásadní mj. pro rostliny. V malé koncentraci je v mořské vodě, získává se zejména z hornin (např.

Ekologické vztahy v terénu

Pozorováním organismů lze určit, jaké mají ekologické vztahy (s dalšími organismy a prostředím). V některých případech je vztah zřejmý přímo (např. Lze hodnotit potravní vztahy (např. dravec-kořist), různé typy symbiózy (např. Co se týče potravních vztahů živočichů, draví živočichové jsou obvykle přizpůsobeni lovu dobře vyvinutými smysly, rychlým pohybem a ostrými částmi těla, které mohou sloužit k trhání masa či zabíjení kořisti (např. drápy, špičáky savců, ostrá špička zobáku ptáků, kousací ústní ústrojí některých blanokřídlých).

Kořist bývá zpravidla menší než dravec. Býložraví živočichové se mnohdy pohybují pomaleji než dravci, rostlinnou potravu mohou porcovat (např. řezáky bobra) či drtit (např. stoličky sudokopytníků, ústní ústrojí hlemýždě, vroubkovaný zobák kachny - ta žere převážně rostliny). Rostliny se ožeru brání např. S potravou do určité míry souvisí mimetismus (mimikry). Výstražně zbarvení živočichové se brání před sežráním tím, že dávají najevo svou jedovatost/nebezpečnost (nebo jsou neškodní, ale chtějí působit nebezpečným dojmem - např. pestřenka).

Maskovací zbarvení (či napodobování okolí - např. Rostliny (a další organismy - např. sinice, lišejníky, řasy nepatřící mezi rostliny) získávají živiny pomocí fotosyntézy, k níž je potřeba energie světla. Fotosyntetizující organismy jsou obvykle zelené (ale není to pravidlem). V rámci parazitismu parazit dlouhodobě škodí hostiteli, aniž by měl za cíl jej zabít.

Parazit a hostitel bývají v bezprostřední blízkosti (jejich těla jsou v dlouhodobějším kontaktu). Vnější parazité živočichů (např. klíště, blecha) mají obvykle zjednodušenou stavbu těla a ústní ústrojí přizpůsobené přijímání krve, lymfy či částí kůže/jiných tkání. U hostitele se přítomnost většího množství parazitů může projevit jako nemoc či vede ke strádání organismu (např. toulavá kočka napadená svrabem).

Živočišní parazité rostlin obvykle sají jejich mízu, k čemuž využívají bodavě sací ústní ústrojí. Také mohou tkáně rostliny vyžírat zevnitř (např. minující housenky klíněnky v listech jírovce). Parazitické rostliny mohou být nezelené (např. záraza, podbílek, kokotice), případně mohou i fotosyntetizovat (jmelí). V rámci mutualismu mohou být organismy jak ve stálém bezprostředním kontaktu (např. klouzek žijící v mykorhize s modřínem bude své plodnice tvořit blízko modřínu), tak v kontaktu občasném (např. včela opylující květ trnky, straka vybírající parazity ze srsti muflona).

Projevy mutualismu jsou pozitivní, organismy vypadají „zdravěji“/nevypadají, jako by strádaly: např. Rozkladači (dekompozitoři) se obvykle nacházejí na (mrtvé) organické hmotě (mršinách, rozkládajícím se dřevě, výkalech apod.). Může se jednat o okem neviditelné mikroorganismy (bakterie) či například povlaky vláknitých hub. Mezi rozkladače patří i někteří živočichové, např. V terénu lze snadno pozorovat některá přizpůsobení rostlin, např.

Ekosystémové služby

Ekosystémy lidem přinášejí určité výhody, neboli poskytují ekosystémové služby. Ekosystémové služby jsou úzce spjaté s rozmanitostí života v ekosystémech (biodiverzitou). Lidstvo je na těchto službách prakticky zcela závislé. Ekosystémové služby jsou přímo ovlivňovány biologickými, fyzikálními či chemickými procesy. Ekosystémové služby lze rozdělit do několika základních kategorií.

V rámci poskytovacích služeb člověk z přírody přímo získává určité zdroje. Jedná se třeba o pitnou vodu, jídlo či paliva/prostředky k získání energie. Příroda je též zdrojem nejrůznějších dalších surovin: minerálů a hornin, dřeva/biomasy, konkrétních biochemických látek (ty lze používat např. Do poskytovacích služeb se počítají i genetické zdroje (např. Ekosystémy se do jisté míry dokážou samy regulovat.

V rámci regulačních služeb je tedy výhodou, že v přírodě dochází k „vyrovnávání“ negativních procesů. V rámci regulačních služeb dochází např. k určité regulaci klimatu díky zpětným vazbám. K čištění vody dochází v rámci jejího koloběhu. Organismy (např. kořeny rostlin či vlákna hub) mohou chránit půdu před erozí. Díky fyzikálním/chemickým dějům či působení organismů dochází k čištění ovzduší.

Organismy, které ve větší míře vstřebávají z prostředí škodlivé látky, lze využívat k tzv. bioremediaci. Konkrétní ochranu před znečištěním či hlukem mohou poskytovat např. Jde o nemateriální výhody. Příroda člověku poskytuje třeba možnost rekreace, ...

Praxe a uplatnění absolventů

Významným příspěvkem k osvojení praktických dovedností studentů DSP Vědy o živé přírodě je jejich přirozené zapojení do výzkumných týmů na CEITEC MU. Tím mohou studenti bezprostředně získávat potřebné praktické návyky pro řízení týmu a vědeckých projektů, osvojit si dovednosti navazování kontaktů a přímým zapojením do řešení výzkumných projektů a grantů (včetně projektů H2020 a ERC grantů) pochopit i problematiku financování výzkumu.

Studenti mohou taktéž běžně využívat jedenácti unikátně vybavených sdílených laboratoří a získat touto formou významnou praktickou zkušenost v rámci tzv. V programu jsou podporovány Collaborative PhD, tj. absolvování doktorského projektu ve spolupráci s komerčním subjektem. Ty umožňují exponovat studenty více neakademickému prostředí.

V doktorském programu je kladen velký důraz na internacionalizaci, jsou zde také vytvářeny podmínky pro interdisciplinární řešení zadaných témat dizertačních prací a klade se důraz na posílení socio-manažerských a přenositelných dovedností. Tím se zvyšuje reálná šance absolventů na uplatnění ve špičkových vědeckých i technologických, akademických i komerčních týmech po celém světě, jako např. ve:vědecko-výzkumných organizacích a akademických institucích (výzkumné ústavy, univerzity) se zaměřením na biologický a biomedicínský výzkum a vzdělávání, a to v prvních letech jako postdoktorální stážisté a následně jako vedoucí výzkumného týmu nebo programu, vedoucí sdílených laboratoří (tzv.

tags: #vědy #o #živé #přírodě #přehled

Oblíbené příspěvky:

• Recenze kovových košů o objemu 60 litrů
• Inspirativní citáty o přírodě
• Re-use centrum Jihlava
• Mistr chodského folklóru Bohumil Kraus
• Kempování v chorvatské přírodě