Een grote chaos

Een grote chaos
www.kennislink.nl, jan/feb 2008
De natuur is een chaos! Daar hadden wetenschappers in de jaren ’70 van de vorige eeuw al theorieën over,
maar nu ligt er eindelijk experimenteel bewijs. Soortenaantallen in een ecosysteem kunnen, zonder invloeden
van buitenaf, erg onvoorspelbaar fluctueren. Biologen van de Universiteit van Amsterdam (UvA) en de
Wageningen Universiteit (WUR) leverden het bewijs voor deze zogenaamde chaostheorie. De resultaten
worden 14 februari gepubliceerd in vaktijdschrift Nature.
Recentelijk was biologiedocent René Westra van de Universiteit Utrecht (UU) verdiept in de centrale examens, leerboeken en
lessen van het middelbaar onderwijs. Zijn conclusie; de kennis over ecosystemen in het middelbaar onderwijs is blijven steken in
de jaren ’60. Van dynamiek en de chaostheorie hebben de leerlingen nog nooit gehoord. Om hier verbetering in te brengen,
ontwikkelde hij een nieuwe lessenserie die in het biologieonderwijs gebruikt kan worden. Westra promoveert 18 februari in
Utrecht.
Modellen en besluitvorming
Onderzoek en onderwijs op het gebied van ecosystemen zijn essentieel. Deze kennis wordt in de maatschappij namelijk steeds
vaker gebruikt voor besluitvorming op het gebied van natuurbeheer. Met modellen bepalen beleidsmakers vangstquota in de
visserij, beslissen zij welke soorten de beschermde status moeten krijgen en op welke soorten de jacht mag worden geopend.
Ook de quota voor visvangst worden bepaald door gebruik te maken van kennis over ecosystemen.
Het mini-ecosysteem
De Ecosphere wordt steeds populairder. Niet alleen in het onderzoek maar ook in sommige huiskamers kun je dit miniecosysteem al terug vinden. In een afgesloten glazen bol leven verschillende planten en dieren. Het enige wat van buitenaf de bol
kan bereiken, zijn zonlicht en warmte. Voor de rest moeten de soorten in de Ecosphere zich helemaal zelf redden.
In het mini-ecosysteem kunnen bijvoorbeeld garnalen en algen samen leven. De garnalen kunnen zich voeden met de algen en
ook met bacteriën die op de algen leven. De afvalstoffen die de garnaal produceert, kunnen dan weer door de algen gebruikt
worden om te groeien. Op die manier ontstaat een gesloten systeem dat model kan staan voor het zee-ecosysteem op aarde.
In zo'n kleine glazen bol leeft een compleet ecosysteem. Het enige wat de soorten in het ecosysteem van buitenaf nodig hebben om in
leven te blijven zijn zonlicht en warmte.
Volgens de Amsterdamse biologen is het met de nieuwe chaostheorie onmogelijk om langetermijnvoorspellingen te doen over
soortenaantallen in ecosystemen. Elisa Benincà van de UvA: “We kunnen op zijn best globaal aangeven binnen welke grenzen
soorten zullen fluctueren.” Dit zou kunnen betekenen dat de modellen waarop besluitvorming wordt gebaseerd niet kloppen met
de werkelijkheid.
Chaos is een extreem geval
Westra denkt dat chaos tot op zekere hoogte wel te modelleren is: “Al is dat tot nu toe nog niet gelukt. Maar voor de lessenserie
die ik heb ontworpen, heb ik me vooral gericht op dynamische modellen. Ik wilde leerlingen laten zien dat het niet eenvoudig is
om ‘dingen’ te beheren. Chaos is nog een stapje verder dan dynamiek en komt niet zo vaak voor. Het zijn extreme gevallen.”
Het begin van het eerste experimentele bewijs voor één van die extreme gevallen ontstond toen de Duitse bioloog Reinhard
Heerkloss verschillende soorten plankton opviste uit de Oostzee. Hij creëerde op die manier een ecosysteem in zijn eigen
aquarium. Acht jaar lang bestudeerde hij de planktonsoorten uitvoerig. Ondanks dat Heerkloss lichtsterkte en temperatuur
constant hield, varieerden de aantallen per planktonsoort hevig. Hij besloot zijn waarnemingen op te sturen naar Nederland
waar men het fenomeen verder onderzocht.
Verschillende soorten plankton, zichtbaar onder de microscoop.
Aan de UvA werden de waarnemingen onderworpen aan een grondige statistische analyse. Het idee dat soortenaantallen
variëren door invloeden van buitenaf (zoals veranderende weersomstandigheden) ging niet op voor het planktonecosysteem. De
soorten waren zelf verantwoordelijk voor chaos. Door concurrentie en predatie was geen enkele soort in staat om permanent de
overhand te krijgen en het ecosysteem te domineren.
Ecologische ongeletterdheid
In de dynamische modellen van Westra zijn er wel soorten die een ecosysteem kunnen beheersen. Zo liet hij leerlingen op de
computer bijvoorbeeld een praktijksituatie over olifantenoverbevolking uitwerken. Ook kwamen de optimalisatie van de
mosselkweek en het beheer van konijnen in de duinen aan de orde. Allemaal problemen waar beleidsmakers ook mee te maken
hebben.
Jarenlang werden konijn als schadelijk gezien voor het
duinlandschap. Omdat zij met zovelen aan de planten zaten te eten, bleef er weinig van het duin over. Sind 1990 nam het aantal
konijnen steeds verder af door de introductie van ziektes in populaties. Natuurbeschermers zagen dat de duinen begonnen te
verwilderen wanneer er minder konijnen waren. Het konijn zorgt ervoor dat de beplanting in het duin open en gevarieerd blijft, waardoor
er veel verschillende soorten voorkomen. Het konijn is dus geen plaag, maar juist voordelig voor het natuurbehoud van de duinen.
Verder behandelde Westra in de lessenserie verschillende organisatieniveaus. Organisme, populatie en ecosysteem zijn hiervan
voorbeelden. Dit is nodig omdat op scholen een grote ‘ecologische ongeletterdheid’ heerst. In discussies over ecologie richten
leerlingen zich vaak niet op dezelfde organisatieniveaus, waardoor verwarring ontstaat.
Zowel het experimentele bewijs voor de chaostheorie als de nieuwe lessenserie voor middelbaar
biologieonderwijs zijn belangrijk om de kennis over ecosystemen bij wetenschappers en in de
maatschappij te vergroten. Hierdoor kunnen modellen voor besluitvorming rondom natuurbeheer
verder verbeterd worden. En wie weet is chaos over een aantal jaar met behulp van deze kennis wél te
modelleren.