Förutser skador i ekosystem som störs

Vad händer när balansen rubbas i ekologiska nätverk? Anna Eklöf kombinerar matematik och ekologi för att förutse vilka konsekvenserna blir för hela ekosystemet när en art dör ut eller klimatet förändras.

Anna Eklöf i naturenAnna Eklöfs intresse för ekologi väcktes tidigt.  Foto: Anna Nilsen– Vi står inför enorma utmaningar i de olika ekologiska systemen och vi måste göra något. Det som driver mig är att vara med och lägga en liten pusselbit i det arbetet, säger Anna Eklöf, universitetslektor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM), avdelningen för teoretisk biologi.

Den biologiska mångfalden minskar i hastig takt när djur- och växtarter av olika anledningar inte kan fortsätta existera i sina ursprungliga områden. Till exempel leder förändringar i klimatet till att en del arter söker sig norrut och etablerar sig i områden utanför sin ursprungliga livsmiljö. Om arten har en skadlig effekt på ekosystemet, oftast genom att äta upp eller konkurrera ut befintliga arter, kan nytillskottet ses som en invasiv art. Den spanska skogssnigeln, i folkmun känd som ”mördarsnigel”, är ett exempel på en inte särskilt uppskattad sådan. För andra arter kan klimatförändringarna leda till att de får svårare att överleva, så att populationerna blir mindre eller dör ut helt.

– Vi vill ta reda på vilka konsekvenser det får när olika ekosystem störs. Vår forskning baseras på ekologiska nätverk, som beskriver hur arter interagerar med varandra, genom att de äter varandra eller konkurrerar med varandra, men också påverkar varandra positivt. Med kunskapen om hur dessa ekologiska nätverk är uppbyggda och varför de ser ut som de gör kan vi göra förutsägelser och förstå vad som kommer hända vid olika störningar i ett ekosystem.

En djur- eller växtart kan förstås vara en ofrivillig del av menyn för andra djur. Men arter kan också fylla många andra funktioner i det komplicerade nätverk som ett ekosystem är, exempelvis att pollinera växter, rena vatten eller skydda en kustremsa mot stormar. De olika funktionerna som arterna bidrar med kallas ekosystemtjänster. Anna Eklöf och hennes forskargrupp studerar bland annat Östersjöns ekologiska nätverk. De är särskilt intresserade av hur olika hot mot Östersjön kommer att påverka ekosystemtjänsterna. Hon hoppas att forskningen ska komma till nytta genom att det blir möjligt att förutsäga vilka konsekvenser en störning kommer att få, innan skadan redan är skedd.

– Det uppenbara i Östersjön är att vi fiskar ut de stora rovfiskarna, som torsken. Då försvinner den förstås som matkälla för oss människor och andra djur, men det får också andra följder. Det måste inte vara de arter som torsken har direkta interaktioner med som påverkas mest, utan konsekvenserna kan uppstå på andra geografiska platser i Östersjön eller på andra platser i det ekologiska nätverket både på högre och lägre nivåer i näringskedjorna. De effekterna vill vi kunna förutse, säger Anna Eklöf.

Matematik + ekologi

Det var just tjusningen i möjligheten att med ganska enkla medel kunna förutsäga saker som lockade henne till forskningsområdet teoretisk ekologi. Intresset för ekologi väcktes redan i elva-årsåldern, när en broschyr som hette ”Det naturliga steget” landade i brevlådan där hemma. I den läste hon om klimathot, som uttunningen av ozonlagret, som var en stor fråga på 1980-talet, men det fanns också texter om ekologi.Anna Eklöf vid sitt skrivbordAnna Eklöf kombinerar matematik med ekologi för att förstå hur ekologiska nätverk är uppbyggda. Foto: Anna Nilsen

Anna Eklöfs intresse för djur och miljö höll i sig. Veterinäryrket lockade efter gymnasiet, men i väntan på att komma in på veterinärutbildningen började hon läsa biologi. En av kurserna tog upp teorierna bakom ekologiska modeller.

– På den kursen kände jag ”det här vill jag hålla på med”. Jag tycker om matematik och jag tycker om ekologi, och här kunde jag få båda i ett paket. Det var spännande att kunna använda matematiska modeller för att förstå varför arter påverkar varandra på de sätt de gör och att kunna förutsäga hur det kan se ut om tio eller hundra år.

Fiskeriverksamheten är ett exempel där fiskekvoterna beräknas utifrån matematiska prediktioner av hur fiskbestånden kommer att växa eller krympa. Men liknande förutsägelser kan göras för mycket mer än fiske, så länge det finns data att utgå från.

Till grund för de avancerade simuleringar som Anna Eklöfs forskargrupp gör i superdatorer ligger data från verkligheten, som andra forskare har samlat in. Uppgifter om arternas maginnehåll, storlek, levnadsplats och en mängd annat samlas i en stor databas. För forskningen om Östersjön har forskargruppen tillgång till detaljerad information om runt 6 000 arter.

Forskarna letar också efter generella mönster för hur arters egenskaper hänger ihop med vilka ekosystemtjänster de bidrar med. Går det att i vilket ekosystem som helst säga att arter med vissa egenskaper – som kroppsstorlek, nivå i näringskedjan eller sätt att röra sig – har specifika funktioner i det ekologiska nätverket? För att komma närmare svaret på frågan gör forskarna breda analyser i en samling ekosystem som sträcker sig från Weddellhavet i Antarktis, över tropikerna och upp till Arktis på norra jordklotet.

”Hitta samband som andra missar”

I sin forskargrupp har hon medvetet blandat personer med kompetenser inom olika fält. När hon återvände till LiU efter en postdoktorsvistelse vid University of Chicago och fick möjlighet att starta en egen grupp var målet att mixa ekologisk expertis med personer med matematisk kompetens och skicklighet inom programmering.Anna Eklöf i naturen– Som forskare är det vår uppgift att föra ut resultaten av vår forskning, säger Anna Eklöf. Foto: Anna Nilsen

– Blandningen leder till ett nytt sätt att angripa frågor. Förutom att det ger väldigt roliga diskussioner, kan det också göra att vi har lättare att ta in tekniker från andra forskningsområden än man kan som renodlad ekolog. Analyserna och verktygen som vi vill använda finns ofta redan inom andra fält, men det gäller att känna till de rätta termerna för att hitta dem. Samtidigt behövs gedigna kunskaper i ekologi för att kunna ställa de relevanta frågorna och se ekologiska samband, säger Anna Eklöf.

Hon tycker att den roligaste delen av att forska är att få starta igång en helt ny frågeställning, det där första stadiet när hon och kollegorna kan tänka helt fritt. Att hitta nya vägar är också en av de egenskaper som hon tycker är utmärkande för skickliga forskare.

– Att kunna tänka innovativt är viktigt som forskare. Dessutom är det vår uppgift som forskare att föra resultaten vidare. Man måste kunna paketera den nya kunskapen på ett sätt så att det blir intressant både för andra inom akademin och för samhället runt oss. Sedan tror jag att en avgörande egenskap för att bli en skicklig forskare är att kunna se vad som är intressant. Informationen finns i regel runt om oss, men det gäller att hitta viktiga samband som andra inte ser.

 

illustration av ekologiskt nätverk i Antarktis

Grafisk representation av hur arter (noder) interagerar med varandra (länkar) i ett ekologiskt nätverk, här Weddellhavet i Antarktis. Späckhuggare, sjöborrar och växtplankton är exempel på arter i olika trofiska nivåer i näringskedjan. 

Kontakt

Mer om forskning om ekosystem

Senaste nytt från LiU