מחקר אקולוגי

מחקר אקולוגי הוא מחקר תצפיתי שבו היחידה הנחקרת היא אוכלוסייה או קבוצה של אנשים, ולא פרטים בודדים. הקבוצה במחקר אקולוגי בדרך כלל מתייחסת לאזור גאוגרפי מוגדר (מדינה, מחוז, עיר, וכו') וההשוואה נעשית בין קבוצות שונות או בין זמנים שונים עבור אותה הקבוצה. זהו סוג מחקר מקובל באפידמיולוגיה, אשר נועד לבחון האם קיים קשר בין גורם סיכון אפשרי לתוצא מוגדר. במחקר אקולוגי נעשה שימוש במשתנים מקובצים (כגון ממוצע או שיעור באוכלוסייה), במשתנים סביבתיים או במשתנים גלובליים של גורם הסיכון, והתוצא הנבדק הוא בדרך כלל שיעור תחלואה (הימצאות או היארעות) או שיעור תמותה.  
לעיתים קרובות מחקרים אקולוגיים מתבצעים על בסיס נתונים קיימים המכילים מידע על אוכלוסיות גדולות, ולכן מחקרים אלו יחסית זולים ומהירים יותר ממחקרים שבהם היחידה הנחקרת היא פרטים בודדים. בשיטת מחקר אקולוגית ניתן לעיתים להשיג מטרות מסוימות שלרוב לא ניתן להגיע אליהן בסוגי מחקר אחרים. עם זאת, ייתכן שמידע על משתנים שונים (כגון התנהגויות, עמדות והיסטוריה רפואית) לא יהיה נגיש ברמה האקולוגית. בשל מאפייניו, מחקר אקולוגי הוא בעל מגבלות שונות שאינן קיימות במערכי מחקר אחרים והוא חשוף למספר סוגי הטיות העלולות לגרום להסקת מסקנות מוטעית. הנפוצה מבין הטיות אלו נקראת הטיה אקולוגית, ומשמעותה היא שקשר בין משתנים ברמת האוכלוסייה לא בהכרח מתקיים ברמת הפרט.
מחקר אקולוגי יכול לסייע ביצירת השערות ולהצביע על קשר בין גורם סיכון לתוצא, אך לא ניתן להסיק ממנו על סיבתיות ויש לבחון את תוצאותיו במחקרים קפדניים יותר המבוצעים ברמת הפרט.
אחת הדוגמאות הראשונות למחקר אקולוגי הוא מחקרו של ד"ר ג'ון סנואו, שניסה לאתר את המקור להתפרצות מחלת הכולרה בלונדון בשנת 1854. מחקרו של סנואו בוצע בזמן שבו תיאורית החיידקים כמחוללי מחלות עדיין לא הייתה נפוצה. סנואו מיפה את האזורים השונים בלונדון והראה את הקשר בין איכות מקור המים ומספר מקרי הכולרה באזורים שונים בעיר. מחקרו של סנואו הראה כי במקומות שאליהם סופקו מים בלתי-מזוהמים, כולרה נצפתה בעיקר באזורים צפופים שבהם חיו אנשים עניים וממעמד הפועלים. לעומת זאת, באזורים הסמוכים למשאבת מים ספציפית שסיפקה מים מזוהמים, מחלת הכולרה פגעה בעשירים ועניים בצורה שווה.

סוגי משתנים במחקר אקולוגי

במחקר אקולוגי לפחות אחד המשתנים הוא משתנה אקולוגי. משתנים אקולוגיים הנם מאפיינים שונים של הקבוצה או הקבוצות הנחקרות. ניתן לסווג את המשתנים במחקר אקולוגי למשתנים מקובצים, משתנים סביבתיים ומשתנים גלובליים.

משתנים מקובצים

משתנים מקובצים מסכמים ומתמצתים את המאפיינים של הפרטים בקבוצה, תוך שימוש בממוצע או שיעור (יחס). משתנים מקובצים הם הנפוצים ביותר במחקר אקולוגי. דוגמאות למשתנים מקובצים: שיעור המעשנים מול שיעור תחלואה ריאתית, ממוצע הכנסה למשפחה, ממוצע קבוצתי של צריכת שומן מול שיעור תחלואה קרדיו-וסקולרית.
דוגמה למחקר אקולוגי עם נתונים מקובצים הוא מחקר שבחן את ההשערה כי חשיפה לכימיקלים רעילים גורמת למגפת ההשמנה. במחקר נבדק הקשר בין כמות הכימיקלים הרעילים ושיעור ההשמנה בארצות הברית במהלך המאה ה-20. במחקר נמצא כי ככל שרמת היצור של כימיקלים אורגניים סינתטיים הייתה גבוהה יותר, כך אחוז האנשים הסובלים מעודף משקל (נתון מקובץ) היה גבוה יותר.

משתנים סביבתיים

משתנים סביבתיים הנם מאפיינים פיזיקליים של האזור הגאוגרפי או מקום העבודה שבו נמצאת קבוצת המחקר, כגון: רמת זיהום אויר, מספר שעות אור יום וחשיפה לרעש. הנחת המוצא היא שחברי הקבוצה חשופים במידה דומה למשתנים הסביבתיים, אם כי קיימת שונות במידת החשיפה בין הפרטים שלרוב אינה מבוטאת במחקר. מאחר שאין מידע על ההתפלגות המשותפת של גורם הסיכון והתוצא הנבדק ברמת הפרט, אלא רק ברמת הקבוצה, מחקר מסוג זה עלול להוביל להסקת מסקנות מוטעית. תוקף הנחת המוצא תלוי בגודל הקבוצות, בהטרוגניות שלהן ובגורמים נוספים. 
דוגמה למחקר אקולוגי עם משתנים סביבתיים הוא מחקר שש הערים של הרווארד (Harvard Six Cities Study), שבדק את השפעת זיהום האוויר על בריאות התושבים בשש ערים שונות בארצות הברית. במחקר נמצא קשר ישיר בין רמות זיהום האוויר לבין שיעור התמותה (ככל שזיהום האוויר היה גבוה יותר גם שיעור התמותה היה גבוה יותר).

משתנים גלובליים

משתנים מסוג זה משקפים תכונות גלובליות של הקבוצה הנחקרת, אשר אינן ניתנות למדידה פרטנית. כגון: צפיפות האוכלוסייה, השטח הכולל של מרחבים ירוקים, סוג המשטר הפוליטי, סוג המערכת הרפואית וקיומו של חוק מסוים.
דוגמה למחקר אקולוגי עם משתנים גלובליים הוא מחקרם של החוקרים Chung ו-Muntaner שפורסם בשנת 2006. המחקר בדק נתונים של 19 מדינות עשירות החברות ב-OECD והראה כי יש קשר בין סוג המשטר ומדיניות הרווחה לבין מדדי בריאות של תינוקות וילדים.

מערכי מחקר אקולוגיים

ניתן לבצע מערכי מחקר אקולוגיים מסוג: מחקר חתך, מחקר מקרה-ביקורת ומחקר עוקבה.
ניתן לסווג מערכי מחקר אקולוגיים גם בדרכים נוספות, כמפורט:

הערכה כמותית של החשיפה לגורמי סיכון

מחקרים אקולוגיים רבים מבקשים להעריך את ההשפעה הכמותית של החשיפות לגורמי הסיכון על הופעת מחלות באוכלוסייה המוגדרת כאוכלוסייה בסיכון.
מאחר שחסר מידע אודות ההתפלגות המשותפת של המשתנים בתוך הקבוצות, לא ניתן לבצע הערכה של הסיכון היחסי באמצעות השוואת שיעורי התחלואה בחשופים ולא-חשופים. במקום זאת, מבצעים רגרסיה של שיעור התחלואה והחשיפות בכל קבוצה.
המודל הנפוץ ביותר לניתוח מידע אקולוגי הוא המודל הליניארי. ניתן גם להשתמש במודל לוג-ליניארי לצורך ניתוח הנתונים.

מגבלות של מחקרים אקולוגיים

למרות יתרונותיהם החשובים של מחקרים אקולוגיים, הם חשופים לבעיות מתודולוגיות שונות, אשר עלולות לפגוע ביכולת להסיק מסקנות מתוצאות המחקר. אחת הבעיות העיקריות במחקר אקולוגי היא הטיה אקולוגית.

הטיה אקולוגית (ecologic fallacy)

קשר בין שני משתנים הנצפה ברמת האוכלוסייה לא בהכרח מתקיים ברמת הפרט. למרות שברמת האוכלוסייה נראה כי שני משתנים קשורים זה לזה, ייתכן שהפרטים הסובלים מתוצא בריאותי מסוים אינם הפרטים שנחשפו לגורם הסיכון שנבדק במחקר. הטיה זו הנה אחת הבעיות העיקריות במחקר אקולוגי, והיא מקשה מאד על הסקת מסקנות מהמחקר. מחקרו של דוד אמיל דורקהיים הוא דוגמה להטיה אקולוגית. דורקהיים, יהודי-צרפתי, היה סוציולוג, פסיכולוג חברתי ופילוסוף. באחד ממחקריו ביקש להראות את הקשר בין דת ושיעורי התאבדות באזורים שונים בפרוסיה, בין השנים 1883-1890. דורקהיים ביצע ניתוח אקולוגי של הנתונים והראה כי שיעורי ההתאבדות בקרב פרוטסטנטים היו גבוהים יותר כמעט פי 8 מאשר בקרב לא-פרוטסטנטים. אולם, בשל הטיה אקולוגית, מסקנה זו הייתה שגויה והתברר כי שיעורי ההתאבדות ברמת הפרט אינם דומים לממצאי המחקר. למעשה, אף אחד מהאזורים שנבדקו לא היה לגמרי פרוטסטנטי או לא-פרוטסטנטי. שיעורי ההתאבדות הגבוהים ביותר היו דווקא בקרב לא-פרוטסטנטים שגרו באזורים שבהם התגורר רוב פרוטסטנטי. הסבר אפשרי לכך יכול להיות שאנשים המשתייכים למיעוט דתי נוטים לבחור את דרכם באופן עצמאי, בשונה מאלו המשתייכים לרוב דתי. המשמעות של הסבר אפשרי זה היא שלמגורים באזור שהוא פרוטסטנטי ברובו, יש השפעה על שיעור ההתאבדות בקרב לא-פרוטסטנטים. כלומר קיימת אינטראקציה ברמת הפרט בין דת וההרכב הדתי באזור המגורים של הפרט.