Wat is een ecosysteemmodel?

Een ecosysteemmodel is een weergave van een ecosysteem weergegeven in wiskundige vorm. Dergelijke modellen worden in de theoretische ecologie gebruikt om ecologen te helpen bij het bestuderen van bestaande ecosystemen en om te voorspellen wat er onder bepaalde omstandigheden zou kunnen gebeuren. Een ecosysteem is ongelooflijk complex, dus een ecosysteemmodel moet in het algemeen het systeem vereenvoudigen door zich alleen op specifieke onderdelen te concentreren.

Ecosystemen zijn biologische omgevingen. Ze omvatten alle levende wezens in een bepaald gebied, evenals de fysieke kenmerken van dat gebied die de organismen erin kunnen beïnvloeden of kunnen gebruiken. Dit kunnen dingen zijn als lucht, water of de hoeveelheid zonlicht. Het model moet ook rekening houden met de grootte van de bestudeerde omgeving, omdat dit een effect kan hebben op de organismen erin.

Om een ​​werkbaar wiskundig model te maken, moet een ecoloog het ecosysteem vereenvoudigen dat hij of zij probeert te bestuderen. Dit kan door te focussen op een beperkt aantal soorten of groepen die bepaalde eigenschappen delen. Deze eigenschappen kunnen gedragsmatig, biochemisch of fysiek zijn.

Zodra de ecoloog de betrokken organismen heeft geïsoleerd, creëert hij of zij een voedselketen voor hen. Een voedselketen is een weergave van roofdier-prooi-relaties. Als het interessante dier bijvoorbeeld de coyote is, kan de voedselketen aantonen dat de coyote konijnen eet die vegetatie op grondniveau eten. De coyotes, de konijnen en de vegetatie worden allemaal elementen in het ecosysteemmodel.

De elementen in het ecosysteemmodel worden vervolgens aan elkaar gekoppeld met behulp van wiskundige functies die hun relaties beschrijven. Wederom vormt de complexiteit van een ecosysteem een ​​probleem voor de ecoloog. Het is moeilijk om na te gaan welk effect de consumptie van een enkel konijn op de coyote-populatie zal hebben, dus ecologen gebruiken statistieken, observatie en andere methoden om tot een weloverwogen gok te komen. Wiskundige functies kunnen worden aangepast als echte gebeurtenissen in het ecosysteem de nauwkeurigheid van het ecosysteemmodel bewijzen of weerleggen.

Een klassiek ecosysteemmodel bestudeerd door ecologiestudenten is het roofdier-prooimodel gemaakt in het midden van de jaren 1920. Het werd onafhankelijk gecreëerd door twee wetenschappers in een jaar tijd: Amerikaanse wiskundige, scheikundige en statisticus Alfred J Lotka en Italiaanse wiskundige en natuurkundige Vito Volterra. Hun model gebruikt een paar differentiaalvergelijkingen om roofdieren en prooien voor te stellen. Hoewel oorspronkelijk gebruikt om schommelingen in haaien- en vispopulaties in de Adriatische Zee te beschrijven, werkt het model als een algemene beschrijving van de relatie roofdier-prooi.