Plankton Paradox verklaarbaar op basis van niet-lineair model

Chaotische concurrentie verhoogt biodiversiteit

De diversiteit van het leven op aarde is een oud mysterie en houdt biologen wereldwijd al eeuwen bezig. Met name de diversiteit van het leven in water is een lastige puzzel omdat de veelheid der soorten hier ongeëvenaard is. Dit wordt ook wel de Plankton Paradox genoemd. Volgens een nieuw model van de biologen Jef Huisman (UvA) en Franz Weissing (RuG) hoeft dat helemaal niet zo raadselachtig te zijn. Zij tonen in het vooraanstaande wetenschappelijke tijdschrift Nature aan dat in een niet-lineair model het aantal soorten dat kan overleven veel groter is dan men altijd heeft gedacht. Hun ontdekking werpt nieuw licht op het idee dat de best uitgeruste, grootste, sterkste (the fittest) altijd wint in de strijd om het bestaan. Geldt dat ook voor organisaties?

Fytoplankton zijn minuscule plantjes die leven in zout en zoet water. In één druppel water kunnen wel veertig verschillende soorten fytoplankton voorkomen. Volgens de geldende theorie echter, is deze soortenrijkdom onmogelijk. Om deze 'Plankton Paradox' toch te verklaren zijn diverse ideeën geopperd. De belangrijkste zijn dat (1) de concurrentiestrijd om schaars voedsel blijkbaar geen rol speelt, (2) anderen denken dat externe factoren, zoals weersvloeden, de diversiteit sterk bevorderen en weer anderen menen (3) dat roofsoorten (predatoren) de krachtigste soorten weg-eten waardoor een veelheid aan soorten kan opbloeien. Jef Huisman: "Het zijn stuk voor stuk onbevredigende verklaringen, die bovendien zijn gebaseerd op eenvoudige prooi-roofdier-modellen of geïdealiseerde voedselmodellen met niet meer dan een of twee soorten voedsel. Ik was hierover niet tevreden. Onder andere omdat ik wist dat fytoplankton concurreert om meer dan twee soorten voedsel, onder andere licht, silicaat, fosfaat, nitraat, ijzer, koper, zink en cadmium. We zijn toen begonnen met een simulatiemodel op de computer te kijken wat er gebeurt als we meer soorten voedsel toelaten, te beginnen met drie."

 

Verschillende soorten fytoplankton

 

Chaos

Vrijwel meteen zagen Huisman en Weissing oscillaties verschijnen in de omvang van de door hen onderzochte populaties. Aanvankelijke waren dat regelmatige oscillaties maar bij vijf voedselbronnen zagen ze chaos verschijnen, dus onvoorspelbare fluctuaties in de omvang van de populaties en de hoeveelheden beschikbaar voedsel. Jef Huisman: "Door de chaotische oscillaties vallen er als het ware gaten in het ecosysteem waardoor veel meer soorten kunnen overleven op een beperkt aantal voedselbronnen dan we aanvankelijk voor mogelijk hielden. De nieuwe soorten romen de tijdelijke aanwezigheid van extra voedsel af, waardoor geen enkele soort blijvend kan domineren en diverse soorten naast elkaar kunnen bestaan. Het idee dat er per voedselbron één soort zich specialiseert die gaat domineren - the survival of the fittest - blijkt niet op te gaan. De chaos biedt ruimte aan veel meer soorten dan het aantal voedselbronnen."

Wereldberoemd

De uitkomsten van het onderzoek van Huisman en Weissing heeft hen in een klap wereldberoemd gemaakt in het kleine kringetje van mensen die zijn geïnteresseerd in biodiversiteit. Zij kregen onder andere positieve reacties van chaoswiskundige Ian Stewart (University of Warwick), de beroemde bioloog David Tilman van de University of Minnesota en van de tropisch regenwoudonderzoeker Stephen Hubbell. Toch was er ook kritiek. Zo meende Per Lundberg van de Lund University in Zweden dat Huisman niets nieuws had ontdekt en dat de oscillaties allang bekend zijn. Jef Huisman: "De kritiek van Lundberg is niet terecht, want hij verwijst daarin naar oscillaties die ontstaan in prooi-roofdier-modellen. Maar ons model gaat om de strijd om minerale voedingsstoffen en dat is heel wat anders."

Toekomst

Huisman heeft inmiddels van de Universiteit van Amsterdam en de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) een flinke pionierssubsidie gekregen om verder onderzoek te doen naar de biodiversiteit van plankton. "Er zijn mooie langetermijnreeksen bekend van plankton in de Noordzee. We willen gaan analyseren of daar ook chaotische trends in zichtbaar zijn. Onder andere door de invloed van het weer op de interacties van de soorten. Daarnaast zijn er data van een tweetal meren in het Engelse Lake District die pal naast elkaar liggen maar afgescheiden van elkaar. Hierdoor kun je de invloed van externe weersomstandigheden uit de gegevens filteren en kijken naar de interacties tussen de soorten plankton."

Jef Huisman

Metafoor

Kan hij op basis van zijn onderzoek nog iets zeggen over de concurrentiestrijd tussen bedrijven op de wereldmarkt? "In metaforische zin kun je zeggen dat als er meerdere concurrenten zijn, het heel moeilijk is te voorspellen wie er wint. Bovendien is niet gezegd dat de beste of sterkste zal overwinnen. Hoe meer concurrenten hoe groter de kans op chaotische dynamiek en hoe groter de kans dat ook minder gespecialiseerde bedrijven kunnen overleven." (HN)

Terug naar het overzicht