Che cos'è un modello di ecosistema?
Un modello di ecosistema è una rappresentazione di un ecosistema mostrato in forma matematica. Tali modelli sono utilizzati nell'ecologia teorica per aiutare gli ecologisti a studiare gli ecosistemi esistenti e prevedere cosa potrebbe accadere in determinate condizioni. Un ecosistema è incredibilmente complesso, quindi un modello di ecosistema in genere deve semplificare il sistema concentrandosi solo su parti specifiche.
Gli ecosistemi sono ambienti biologici. Includono tutte le creature viventi in una particolare area e le caratteristiche fisiche di quell'area che potrebbero influenzare o essere utilizzate dagli organismi in essa contenuti. Questi potrebbero essere cose come aria, acqua o quantità di luce solare. Il modello deve anche tenere conto delle dimensioni dell'ambiente in esame poiché ciò potrebbe avere un effetto sugli organismi in esso contenuti.
Per creare un modello matematico praticabile, un ecologo deve semplificare l'ecosistema che sta cercando di studiare. Questo può essere fatto concentrandosi su un numero limitato di specie o gruppi che condividono determinati tratti. Questi tratti potrebbero essere comportamentali, biochimici o fisici.
Una volta che l'ecologo ha isolato gli organismi di interesse, crea una catena alimentare per loro. Una catena alimentare è una rappresentazione delle relazioni predatore-preda. Ad esempio, se l'animale di interesse è il coyote, la catena alimentare potrebbe mostrare che il coyote mangia conigli, che mangiano vegetazione a livello del suolo. I coyote, i conigli e la vegetazione diventeranno tutti elementi del modello ecosistemico.
Gli elementi nel modello di ecosistema vengono quindi collegati tra loro utilizzando funzioni matematiche che descrivono le loro relazioni. Ancora una volta la complessità di un ecosistema presenta un problema per l'ecologo. È difficile osservare quale reale impatto avrà il consumo di un singolo coniglio sulla popolazione di coyote, quindi gli ecologi usano statistiche, osservazioni e altri metodi per arrivare a un'ipotesi educata. Le funzioni matematiche possono essere adattate quando eventi reali nell'ecosistema dimostrano o confutano l'accuratezza del modello di ecosistema.
Un classico modello di ecosistema studiato dagli studenti di ecologia è il modello predatore-preda creato a metà degli anni 1920. Fu creato in modo indipendente da due scienziati nello spazio di un anno: il matematico, chimico e statistico americano Alfred J Lotka e il matematico e fisico italiano Vito Volterra. Il loro modello utilizza una coppia di equazioni differenziali per rappresentare predatori e prede. Sebbene originariamente usato per descrivere le fluttuazioni delle popolazioni di squali e pesci nel Mare Adriatico, il modello funziona come una descrizione generale della relazione predatore-preda.