Critical transitions and emergent boundaries in ecosystems: computer simulations  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
109215
Type K
Principal investigator Oborny, Beáta
Title in Hungarian Kritikus átmenetek és határvonalak kialakulása ökológiai rendszerekben: számítógépes szimulációk
Title in English Critical transitions and emergent boundaries in ecosystems: computer simulations
Keywords in Hungarian Populációdinamika, társulásdinamika, fázisátmenet, önszerveződés, mintázatképződés, ökotón, klímaváltozás
Keywords in English Population dynamics, community dynamics, phase transition, self-organization, pattern formation, ecotone, climate change
Discipline
Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
Ortelius classification: Modelling (Environmental risks)
Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Population biology
Panel Ecology and evolution
Department or equivalent Department of Plant Systematics, Ecology and Theoretical Biology (Eötvös Loránd University)
Starting date 2013-12-01
Closing date 2018-11-30
Funding (in million HUF) 8.148
FTE (full time equivalent) 3.00
state running project





 

Final report

 
Results in Hungarian
Kutatásunk során a természetben élő populációk és közösségek védelmének egyik kulcsproblémáját, az ökológiai küszöbjelenségeket vizsgáltuk. Gyakori megfigyelés, hogy a környezet fokozatos változása (pl. klímaváltozás) esetén nem fokozatos, hanem hirtelen változásokat tapasztalunk a populációkban (pl. fajkihalást vagy inváziót). Felvetettük, hogy a kritikus átmenetek elmélete számos ilyen változásra plauzibilis magyarázatot ad. Így a statisztikus fizika tudásanyagából merítettünk az ökológiai rendszerek jobb megértéséhez, és számos új modellt fejlesztettünk ki a 1) a természetes élőhelyek és 2) a bennük élő populációk szerkezetének és dinamikájának vizsgálatára. Hangsúlyozva az elméleti keret széleskörű alkalmazhatóságát, a következő jelenségeket tanulmányoztuk: I) növényi növekedés élőhelyi foltok között, II) populációk terjedése táji léptékben, valamint III) a fajok elterjedési területeinek eltolódása klímaváltozás következtében. Ezt az elméleti alapot felhasználva egy új, gyakorlati módszerre tettünk javaslatot, melynek célja a fajok klímaváltozás miatti elterjedési terület-változásainak nyomonkövetése és előrejelzése. Összefoglalva: eredményeink azt mutatják, hogy a kritikus jelenségek megértése elengedhetetlen az ökológiai rendszerek fenntartható, megbízható kezeléséhez.
Results in English
We investigated a key problem in the protection of natural populations and communities: ecological threshold phenomena. It is a frequent observation that gradual changes in the environment, e.g., climate changes, can cause abrupt changes in the states of populations (for example, species extinctions or outbreaks of invasions). We propose that the theory of critical transitions gives plausible explanations for many of these sudden changes. We transferred knowledge from statistical physics to ecology, and developed a set of new models, concerning the structure and dynamics of 1) habitats and 2) populations. Emphasizing the broad applicability of this theoretical framework, we studied I) the growth of individual plants among habitat patches, II) the spreading of populations in patchy landscapes, and III) range shifts during a climate change. On this theoretical basis, we proposed a new method for monitoring the effect of climate change on the geographic ranges of species, and for predicting range shifts. In summary, our results suggest that understanding critical phenomena is vital for a sustainable management of ecosystems.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=109215
Decision
Yes





 

List of publications

 
Veronika Benedek, Péter Englert, Beáta Oborny: The effect of branching angle on adaptive growth in patchy environments, Evolutionary Ecology, DOI: 10.1007/s10682-016-9873-0, 2016
Beáta Oborny, Veronika Benedek, Péter Englert, Máté Gulyás, András G. Hubai: The plant in the labyrinth: adaptive growth and branching in heterogeneous environments, Journal of Theoretical Biology 412: 146-153, 2017
Michael T. Gastner, Oborny Beáta, Gulyás Máté: Consensus time in a voter model with concealed and publicly expressed opinions, Journal of Statistical Mechanics 2018/063401: 1-21, 2018
Beáta Oborny: Scaling laws in the fine-scale structure of range margins, MDPI Mathematics 6, 315: 1-13, 2018
Beáta Oborny: The plant body as a network of semi-autonomous agents: a review, Phil. Trans. Roy. Soc. B. (elfogadott cikk, in press), 2019
Gastner, M., Takács, K., Gulyás, M., Szvetelszky, B., Oborny, B.: The impact of hypocrisy on opinion formation: a dynamic model, PLOS ONE (elfogadott cikk), 2019
Oborny Beáta: Kritikus küszöbök és hirtelen összeomlások. Miért nehéz előrejelezni a környezetváltozások ökológiai hatásait?, Természet Világa 2018(2): 69-73, 2018
Benedek, V., Englert, P.: The effect of ramet mortality on clonal growth, Theory in Biosciences (benyújtott kézirat), 2019
Oborny Beáta, Hubai András: Patch size and distance: modelling habitat structure from the perspective of clonal growth, Annals of Botany 114(2), 389-398. old., 2014
Beáta Oborny, Ádám Kun, András G. Hubai, Máté Gulyás, Veronika Benedek, Péter Englert: Adaptation to patch environments by modular growth, Abstracts of the European Conference on Complex Systems 2014, Lucca, 2014
Kun Ádám, Oborny Beáta, Ulf Dieckmann: Splitting, shrinking, and disappearing patches: a dynamical view of habitat loss, Scientific Reports (benyújtott kézirat), 2019
Oborny Beáta, Hubai András G.: Az élőhely növény-perspektívából: foltméretek, távolságok és növekedési válaszok, XV. Kolozsvári Biológus Napok, előadás, 2014
Benedek Veronika, Englert Péter, Oborny Beáta: Képes-e a növény elfoglalni az összes, számára alkalmas szabad helyet? - A növekedést korlátozó tényezők, XV. Kolozsvári Biológus Napok, előadás, 2014
Beáta Oborny: United we stand, divided we fall? - a summary of seven models on physiological integration, Abstracts of the 11th Clonal Plant Workshop, Trebon, Czech Republic, 2015
András G. Hubai, Beáta Oborny: The invasion race: speed and persistence in clonal expansion, Abstracts of the 11th Clonal Plant Workshop, Trebon, Czech Republic, 2015
Veronika Benedek, Péter Englert, Beáta Oborny: „Plant in the labyrinth” – Patch structure and plant architecture limiting clonal growth, Abstracts of the 11th Clonal Plant Workshop, Trebon, Czech Republic, 2015
Oborny Beáta: Mi kell a vegetatív szaporodáshoz? - A forráshasznosításon alapuló érvek áttekintése, A 10. Magyar Ökológus Kongresszus absztraktjai, 2015
Hubai G. András, Oborny Beáta: Térhódítási vágta: kockázat és siker a klonális növekedésben, A 10. Magyar Ökológus Kongresszus absztraktjai, 2015
Benedek Veronika, Englert Péter, Oborny Beáta: „Plant in the labyrinth” – A környezeti heterogenitás és a növekedési lépték viszonya, A 10. Magyar Ökológus Kongresszus absztraktjai, 2015
Beáta Oborny, Veronika Benedek, Péter Englert, Máté Gulyás, András G. Hubai: The plant in the labyrinth: adaptive growth and branching in heterogeneous environments, Journal of Theoretical Biology 412: 146-153, 2016
Veronika Benedek, Péter Englert, Beáta Oborny: The effect of branching angle on adaptive growth in patchy environments., Evolutionary Ecology, DOI: 10.1007/s10682-016-9873-0, 2016
Kun Ádám, Oborny Beáta, Ulf Dieckmann: Splitting, shrinking, and disappearing patches: a dynamical view of habitat loss, Landscape Ecology (benyújtott kézirat), 2017
Michael T. Gastner, Oborny Beáta, Gulyás Máté: Consensus time in a voter model with concealed and publicly expressed opinions, Journal of Statistical Mechanics (elfogadott kézirat), 2018
Oborny Beáta: Kritikus küszöbök és hirtelen összeomlások. Miért nehéz előrejelezni a környezetváltozások ökológiai hatásait?, Természet Világa (in press), 2018
Oborny Beáta: Advancing vs. retreating fronts: The fine-scale dynamics of treeline shifts, Abstracts of the 1st International Conference on Community Ecology, Budapest, 2017
Oborny Beáta: Határzónák és végvárak - Demográfiai és térbeli terjedési tulajdonságok hatásai az elterjedési terület szélén, A 6. Kvantitatív Ökológiai Szimpózium absztraktjai, 2017
Oborny Beáta: Kihalási küszöbök és éles határok az ökológiai rendszerekben, Az MTA Biológiai Osztály ülésén elhangzott előadások kivonatai, 2017
Benedek Veronika, Englert Péter, Oborny Beáta: Klonális növekedési jellegek hatása a terjedésre és térkitöltésre, A 6. Kvantitatív Ökológiai Szimpózium absztraktjai, 2017
Benedek Veronika, Englert Péter, Oborny Beáta: Klonális növények térfoglalása különböző növekedésmintázatok esetén, A XI. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia absztraktjai, 2017
Haraszti Helga (témavezetője Oborny Beáta): Milyen módszerekkel állapítják meg a fajok elterjedési határát?, Biológia BSc diplomamunka, 2017
Oborny Beáta: Advancing vs. retreating fronts: The fine-scale dynamics of treeline shifts, Abstracts of the 1st International Conference on Community Ecology, Budapest, 2017
Oborny Beáta: Határzónák és végvárak - Demográfiai és térbeli terjedési tulajdonságok hatásai az elterjedési terület szélén, A 6. Kvantitatív Ökológiai Szimpózium absztraktjai, 2017
Benedek Veronika, Englert Péter, Oborny Beáta: Klonális növekedési jellegek hatása a terjedésre és térkitöltésre, A 6. Kvantitatív Ökológiai Szimpózium absztraktjai, 2017
Oborny Beáta: Kihalási küszöbök és éles határok az ökológiai rendszerekben, Az MTA Biológiai Osztály ülésén elhangzott előadások kivonatai, 2017
Benedek Veronika, Englert Péter, Oborny Beáta: Klonális növények térfoglalása különböző növekedésmintázatok esetén, A XI. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia absztraktjai, 2017
Michael Gastner, Beáta Oborny, Máté Gulyás: A voter model with concealed and publicly expressed opinions, Abstracts of the 2018 Conference on Complex Systems, Thessaloniki., 2018




Back »