Patchwork-patroon maak ecosystemen zo sterk als staal

Dit blijkt uit een studie door een internationaal team van ecologen, wiskundigen en geowetenschappers onder leiding van NIOZ-promovendus Koen Siteur in het gezaghebbende wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. Deze inzichten kunnen helpen bij het beheer van natuurgebieden.

“We begonnen met een model voor patronen in zeegrasbedden,” aldus Johan van de Koppel, hoogleraar Ruimtelijke ecologie aan de Rijksuniversiteit Groningen en werkzaam op het NIOZ in Yerseke. “We modelleerden het ontstaan van patronen in zeegrassen door de opname van voedingstoffen en sediment in zeegrasbegroeiing te beschrijven. Concentratie van nutriënten en slib in zeegrasvelden zijn namelijk belangrijke factoren voor de groei van het zeegras. En wat bleek? We zagen dat begroeiing zich concentreert in een soort lappendekenpatroon.”

Van zandduinen aan zee tot in de woestijn

Van de Koppel: “Al snel kwamen we tot de conclusie dat het model – in principe – op een breed scala aan ecosystemen van toepassing zou kunnen zijn: van voedingsarme veengebieden tot begraasd buitendijks land (kwelders en schorren) zoals op Schiermonnikoog; van begroeide zandduinen aan onze kust tot zandduinen in de woestijn.”

Sterk als staal

Het internationale team van ecologen, wiskundigen en geo-milieuwetenschappers ontdekte dat de processen van patroonvorming in ecosystemen die het model voorspelde, resultaten opleverden die vergelijkbaar zijn met de processen die bijvoorbeeld staal heel stevig maken. Staal is een mengsel van onder andere ijzer en ijzercarbide. Door er in de gesmolten toestand koolstof aan toe te voegen, mengen beide stoffen beter en wordt het staal sterker. Er ontstaan tijdens het afkoelen patronen van afwisselend ijzer en ijzercarbide. Deze patronen zie je bijvoorbeeld duidelijk op ‘Valyrian steel’ in de Serie Game of Thrones, en op Dasmasceens staal in de echte wereld.

Interessant is dat deze verstevigende processen ook gelden voor ecosystemen: wanneer in ecosystemen natuurlijke patroonvorming optreedt, zijn deze meer bestand tegen veranderingen dan wanneer deze lapjesstructuur door de mens is verstoord en gaten vertoont.

Anders kijken naar natuurbeheer

De resultaten van deze studie hebben belangrijke consequenties voor de manier waarop we ecosystemen zoals riviermondingen en zeearmen beheren. Of wanneer we menselijke schade aan ecosystemen willen herstellen. Van de Koppel: ”In plaats van te proberen elke vierkante meter beschadigd ecosysteem te herstellen, moeten we het herstel op een veel grotere schaal bekijken. We moeten niet kijken naar aparte duinen of zeegrasbedden. Met deze nieuwe inzichten kan beter worden aangegeven op welke plaatsen in een ecosysteem herstelwerkzaamheden meer zin hebben dan andere.”

Meer informatie

• In januari 2023 verscheen het artikel Phase-separation physics underlies new theory for the resilience of patchy ecosystems in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). De autheurs zijn: Koen Siteur, Quan-Xing Liu, Vivi Rottschäfer, Tjisse van der Heide, Max Rietkerk, Arjen Doelman, Christoffer Boström en Johan van de Koppel.

Tekst: NIOZ
Foto's: Jim van Belzen, NIOZ; Jasleen Kaur, Flickr; Maarten Eppinga; Alamy Stock Photo