Matematik kan regne ud, hvem der overlever i fødekæden

Matematik kan regne ud, hvem der overlever i fødekæden

Kan dyr og planter leve side om side? Det kan afgøres i en simpel matematisk model, mener tre forskere fra Niels Bohr Institutet.

Til at vurdere konsekvenserne for naturen, hvis en dyre- eller planteart kommer til eller uddør, kan matematik være et godt redskab.

Og det er netop, hvad tre forskere fra Niels Bohr Institutet (NBI) har gjort ved hjælp af Lotka-Volterra-formlen.

Formlen består af et sæt af ligninger, som viser vekselvirkningen mellem f.eks. rov- og byttedyr i en fødekæde. Den har de tre NBI-forskere nu taget skridtet videre. I en model viser de, hvordan man kan ’parre’ elementer i fødekæden på en måde, der viser, om fødekæden er stabil, eller om den vil kollapse, fortæller lektor i biokompleksitet Jan Härter.

»I princippet kan man bruge modellen til at bygge en fødekæde op skridt for skridt. Men man skal være omhyggelig med balancen. Hvis du får for lidt eller måske for meget konkurrence, kan hele systemet kollapse,« siger han.

Læs også: Danske forskere: Chok-nedkøling af Jorden fik livet til at myldre

Når fødekæden har både dyr og planter

Forskergruppen arbejdede oprindeligt med mere simple økosystemer, hvor bakterier og virusser interagerer med hinanden med bakterierne som føden og vira som rovdyr.

De besluttede sig herefter for at finde ud af, hvorvidt matematikken i dette simple forhold kunne bruges på de helt store systemer i naturen, hvori både planter og dyr indgår.

»Vi satte næringsstoffer som solenergi og kemiske stoffer, f.eks. sukker, i bunden, mens planter kom et hak højere op og så fremdeles. Isbjørne er f.eks. femte led i denne fødekæde. Så kæden kan føres ret langt op. Vores ønske var at samle alt dette med matematik,« forklarer Jan Härter.

Læs også: Sådan ville verden se ud, hvis der aldrig havde eksisteret mennesker

Figuren viser et eksempel på fødesammenhænge med de hvide felter, der forbinder nabo-led for ernæring. Linjen opstår ved at bruge kombinationen af en given række eller kolonne kun én gang som vist i de blå felter. Forbindelsen til næringskilden (vist med gul), som ernærer alle arterne i det nederste led, kan også være en del af en linje. I dette tilfælde er der 4 basale arter, for eksempel planter, 5 planteædere og 2 rovdyr i toppen. Foto: Jan Härter, Niels Bohr Institutet

Ideen er, at man skal kunne sætte hele fødekæden ind i en figur som den, vist her til højre, og så skal man f.eks. i den nederste figur kunne tage to elementer, som er forbundet med et link og sætte en stor cirkel rundt om dem. Det skal man kunne blive ved med, indtil alle ’boblerne’ er brugt, men uden at genbruge nogen. Bliver der nogen tilovers, risikerer systemet at kollapse. Så vil dette dyr eller denne plante uddø.

»Det er jo i virkeligheden det mest interessante. Og så vidt jeg ved, er det ikke blevet vist på denne måde før. Det rækker derfor uden for kendt teori,« siger Jan Härter.

Jægeren skal også være byttedyr

Reglen er desuden, at hvis to arter jagter det samme byttedyr, skal disse to arter også selv være byttedyr for andre for at undgå kollaps. Er det ’øverste’ dyr i fødekæden i fred, vil det betyde, at det dyr, der er den bedste jæger, vil udkonkurrere den anden i jagten på føde. Men er dyrene selv jaget vildt, kan der være føde nok til de sløvere dyr, hvis de bare er gode til ikke selv at blive fanget.

Særligt fødekæder bestående af planter, planteædere og rovdyr viser deres fødesammenhænge. Planter er i stand til at udnytte jordens basale næringsstoffer til at vokse og formere sig, så der er en strøm af energi fra næringsstofferne til planterne. De planteædende dyr lever udelukkende af de tilgængelige planter, mens de kødædende dyr lever af andre dyr. Den viste fødekæde kan i princippet eksistere, da den følger reglerne for bæredygtig sameksistens. Foto: Jan Härter, Niels Bohr Institutet

Læs også: Danmarks mest værdifulde natur får lov at forfalde

Denne regel betyder også, at der naturligt vil være flest dyr i de mellemste led af fødekæden, da disse både kan parre opad og nedad i systemet. Og det vil også i denne model vise sig som konsekvenser, hvis f.eks. en ikke hidtil set art kommer ind i fødekæden, uddyber lektor Namiko Mitarai.

»I et større perspektiv vil vores beregningsmetode gøre os i stand til at forudse, hvilke typer af invasive arter der kan føre til store ændringer og måske endda kollaps af økosystemet i et givent område, og metoden vil også kunne bruges til at forudse senere uddøen af arter på grund af fjernelse af oprindelige dyr i området,« siger hun.

Hvad så med dyr, der bare flygter?

Jan Härter fortæller, at han meget gerne vil føre forskningen videre og også inkludere de arter, som ikke burde overleve i denne model, men som alligevel har heldet med sig, fordi de f.eks. lykkes med at flygte til egne, hvor der er føde, men ikke så mange jægere.

»Der er dyr, der finder særlige måder at sameksistere på, og det tager denne model ikke højde for. Det ville være interessant at se mere på. Vi vil også gerne studere, hvilke elementer der vil kollapse, hvis man introducerer nye arter til systemet,« siger Jan Härter.

Kommentarer (0)