Wie overleeft de voedselketen? Computermodel laat zien dat niet elke combinatie van soorten kan samenleven
In het wild worden soorten opgegeten door de één en jagen ze zelf op de ander. Denk aan een vos die konijnen eet, terwijl de konijnen weer gras eten. Zo'n keten van eten en gegeten worden lijkt logisch, maar wat gebeurt er als je heel veel soorten in zo'n keten stopt? Overleven ze dan allemaal samen, of vallen er soorten af? Een team onderzoekers zocht dit uit met een computermodel, en de uitkomst is verrassend structureel.
Al decennia gebruiken biologen een wiskundig model, het May-Leonard model genoemd (vernoemd naar de onderzoekers die het bedachten), om te begrijpen hoe soorten naast elkaar kunnen blijven bestaan. In de klassieke versie eet soort A soort B, soort B eet soort C, en soort C eet weer soort A. Een soort van rondje, zoals bij steen-papier-schaar. Dat rondje zorgt ervoor dat geen enkele soort permanent de baas wordt: iedereen houdt elkaar in evenwicht.
Maar in de natuur is de werkelijkheid vaak minder netjes rond. Vaak bestaat er een duidelijke hiërarchie: soort A eet soort B, soort B eet soort C, soort C eet soort D, enzovoort, zonder dat het rondje weer teruggaat naar het begin. Dat noemen onderzoekers een hiërarchische roofdier-prooiketen. Hoe zo'n keten zich gedraagt, was tot nu toe veel minder goed onderzocht.
Niet iedereen overleeft samen
De onderzoekers bouwden een uitgebreide versie van het May-Leonard model met zo'n hiërarchische keten, en lieten die talloze keren doorrekenen met computersimulaties (Monte Carlo-simulaties genoemd, een methode waarbij je een proces heel vaak met kleine toevalsvariaties herhaalt om patronen te ontdekken). Ook maakten ze een wiskundige analyse waarbij ze aannemen dat de populatie oneindig groot is, de zogeheten mean-field benadering.
De belangrijkste uitkomst: een situatie waarin alle soorten tegelijk blijven bestaan, is instabiel. Vroeg of laat vallen er soorten weg, en het systeem beweegt zich naar een kleinere, stabielere groep overlevende soorten. Bij kleine populaties speelt toeval (willekeurige uitsterving door pech, niet door zwakte) een grote rol. Naarmate de populatie groter wordt, komt de uitkomst steeds dichter bij wat de wiskundige mean-field-berekening voorspelt.
Nog interessanter: welke soorten uiteindelijk overleven, is niet willekeurig. De structuur van de voedselketen, wie eet wie, bepaalt precies welke combinaties van soorten stabiel kunnen samenleven. De onderzoekers ontdekten dat deze toegestane combinaties precies overeenkomen met wat wiskundigen "onafhankelijke sets" noemen in de netwerktheorie: groepjes soorten die volgens het netwerk van eetrelaties geen directe roofdier-prooirelatie met elkaar hebben.
Wat betekent dit (nog) niet: dit is een theoretisch model, geen veldonderzoek aan echte ecosystemen. Het laat zien wat er in de simulatie gebeurt bij een specifieke, vereenvoudigde hiërarchische keten. Of echte voedselwebben in de natuur zich precies aan deze wiskundige regels houden, moet nog blijken uit vervolgonderzoek. Het is bovendien één onderzoeksteam met één model, nog niet bevestigd door ander werk.
Waarom is dit relevant? Het geeft ecologen een nieuw gereedschap om te voorspellen welke soorten in een gebied kunnen samenleven, puur op basis van de structuur van hun eetrelaties. Dat kan helpen te begrijpen waarom bepaalde combinaties van dieren en planten in de natuur wel voorkomen en andere niet, zonder dat je daarvoor per se elke soort apart hoeft te bestuderen. Het onderzoek bouwt voort op een klassiek model en breidt het uit naar een realistischere, minder rondrijzende vorm van concurrentie.
Bron: Selection Rules for Species Coexistence in a Hierarchical May-Leonard Model