Was ist ein Ökosystemmodell?
Ein Ökosystemmodell ist eine Darstellung eines Ökosystems in mathematischer Form. Solche Modelle werden in der theoretischen Ökologie verwendet, um Ökologen dabei zu helfen, vorhandene Ökosysteme zu untersuchen und vorherzusagen, was unter bestimmten Bedingungen passieren könnte. Ein Ökosystem ist unglaublich komplex, daher muss ein Ökosystemmodell das System im Allgemeinen vereinfachen, indem es sich nur auf bestimmte Teile konzentriert.
Ökosysteme sind biologische Umgebungen. Sie umfassen alle Lebewesen in einem bestimmten Gebiet sowie die physikalischen Eigenschaften dieses Gebiets, die die Organismen in diesem Gebiet beeinflussen oder von diesen genutzt werden könnten. Dies können Dinge wie Luft, Wasser oder viel Sonnenlicht sein. Das Modell muss auch die Größe der untersuchten Umgebung berücksichtigen, da dies Auswirkungen auf die Organismen in der Umgebung haben kann.
Um ein praktikables mathematisches Modell zu erstellen, muss ein Ökologe das Ökosystem vereinfachen, das er zu studieren versucht. Dies kann durch Konzentration auf eine begrenzte Anzahl von Arten oder Gruppen erreicht werden, die bestimmte Merkmale gemeinsam haben. Diese Merkmale können verhaltensbezogen, biochemisch oder physikalisch sein.
Sobald der Ökologe die Organismen von Interesse isoliert hat, erstellt er oder sie eine Nahrungskette für sie. Eine Nahrungskette ist eine Darstellung von Raubtier-Beute-Beziehungen. Wenn das Tier von Interesse beispielsweise der Kojote ist, kann die Nahrungskette zeigen, dass der Kojote Kaninchen frisst, die sich von Vegetation auf Bodenniveau ernähren. Die Kojoten, die Kaninchen und die Vegetation werden zu Elementen des Ökosystemmodells.
Die Elemente im Ökosystemmodell werden dann mithilfe mathematischer Funktionen, die ihre Beziehungen beschreiben, miteinander verknüpft. Auch hier stellt die Komplexität eines Ökosystems den Ökologen vor ein Problem. Es ist schwierig zu beobachten, welche tatsächlichen Auswirkungen der Verzehr eines einzelnen Kaninchens auf die Kojotenpopulation haben wird, daher verwenden Ökologen Statistiken, Beobachtungen und andere Methoden, um zu einer fundierten Schätzung zu gelangen. Mathematische Funktionen können angepasst werden, wenn reale Ereignisse im Ökosystem die Genauigkeit des Ökosystemmodells beweisen oder widerlegen.
Ein klassisches Ökosystemmodell, das von Ökologiestudenten untersucht wurde, ist das Mitte der 1920er Jahre entwickelte Raubtier-Beutemodell. Es wurde von zwei Wissenschaftlern innerhalb eines Jahres unabhängig erstellt: dem US-amerikanischen Mathematiker, Chemiker und Statistiker Alfred J Lotka und dem italienischen Mathematiker und Physiker Vito Volterra. Ihr Modell verwendet ein Paar Differentialgleichungen, um Raubtiere und Beute darzustellen. Obwohl das Modell ursprünglich zur Beschreibung von Schwankungen der Hai- und Fischpopulation in der Adria verwendet wurde, dient es als allgemeine Beschreibung der Beziehung zwischen Raubtier und Beute.