Waarom plankton in wolken drijft: een simpel wiskundig recept verklaart het patroon
Vaar je met een boot over de oceaan, dan zie je het water soms helder groen kleuren en even verderop weer vrijwel kleurloos. Dat komt door plankton: piepkleine plantjes en diertjes die in dichte wolken bij elkaar zitten, met lege plekken ertussen. Lang was onduidelijk waarom plankton zich altijd op deze manier verspreidt, waar ook ter wereld je kijkt. Een nieuw onderzoek laat zien dat een verrassend eenvoudige verklaring mogelijk is.
Plankton zijn de kleinste bewoners van de oceaan: algen, bacteriën en microscopisch kleine diertjes die onderaan de voedselketen staan. Ze voeden vissen, walvissen en uiteindelijk ook ons eten. Overal ter wereld laten planktongemeenschappen dezelfde soort patronen zien: dezelfde verdeling van hoeveel plankton je aantreft, dezelfde manier waarop dichtheid afneemt naarmate je verder uit elkaar kijkt. Dat die patronen overal hetzelfde zijn, terwijl oceanen onderling enorm verschillen, is al jaren een raadsel voor onderzoekers.
Twee simpele ingrediënten
Een onderzoeksteam ontdekte dat je deze patronen kunt verklaren met slechts twee ingrediënten. Het eerste is dat de groeisnelheid van plankton voortdurend schommelt: soms groeit een populatie snel, soms langzaam, door toevallige veranderingen in licht, voedingsstoffen of temperatuur. Het tweede ingrediënt is verspreiding: oceaanstromingen verplaatsen plankton voortdurend van de ene plek naar de andere, een proces dat lijkt op hoe een druppel inkt uitvloeit in water.
De onderzoekers bouwden hiervan een wiskundig model, een vereenvoudigde beschrijving van de werkelijkheid in formules. Vervolgens vergeleken ze de uitkomsten met echte data: metingen van DNA in zeewater, microscoopbeelden van plankton en satellietmetingen van chlorofyl, het groene pigment waarmee je plankton vanuit de ruimte kunt zien. Al die verschillende soorten data vertoonden hetzelfde onderliggende patroon dat het model voorspelde.
Eén lengtemaat verklaart veel
Uit de combinatie van schommelende groei en verspreiding ontstaat wat de onderzoekers een "correlatielengte" noemen: een soort meetlat die aangeeft tot op welke afstand planktonwolken nog met elkaar samenhangen. Deze ene maat bleek te verklaren hoe snel de dichtheid van plankton afneemt over afstand, hoe de variatie in aantallen plankton samenhangt met de gemiddelde hoeveelheid (een patroon dat bekendstaat als Taylor's wet), en hoeveel verschillende soorten je op een bepaalde plek aantreft.
Wat betekent dit (nog) niet: dit is één wiskundig model, getoetst aan bestaande datasets. Het verklaart patronen die al bekend waren, maar het is geen volledig bewezen natuurwet. Andere factoren, zoals specifieke soorteigenschappen of lokale omstandigheden, spelen in de werkelijke oceaan ook een rol. Vervolgonderzoek moet uitwijzen hoe ver deze simpele verklaring precies reikt.
Toch is het bijzonder dat zo'n eenvoudig model, met maar twee basisingrediënten, zoveel verschillende waarnemingen in één keer kan verklaren. Het laat zien dat achter de schijnbaar chaotische verspreiding van plankton een onderliggende orde schuilt. Begrijpen hoe plankton zich verspreidt, is belangrijk omdat deze organismen een groot deel van de zuurstof op aarde produceren en de basis vormen van het leven in zee.
Bron: Fluctuating growth rate and spatial diffusion shape plankton diversity