Posted in: Biologie, Mathematik 13. Februar 2008 19:01 Weiter lesen →

Chaos im Nahrungsnetz

Mikroskopaufnahme zeigt verschiedene Vertreter des Meeresplanktons, von spindelförmigen Zellen über kugelrunde Zellen mit Strahlenkranz bis hin zu Ketten würfelförmiger ZellenDas Leben ist kein ruhiger Strom, sondern ein schäumender Wildbach. Für diese Ansicht spricht die Analyse eines gut 8 Jahre währenden Experiments an der Universität Rostock. Gefüllt mit Schlamm und Wasser aus der Ostsee, kam es in dem Mikrokosmos immer wieder zum plötzlichen Erblühen und ebenso raschen Zusammenbrechen ganzer Organismengruppen – trotz konstanter Umgebungsbedingungen.

Das Chaos im Nahrungsnetz könnte auch die große Artenvielfalt des Meeresplanktons verstehen helfen. Foto: Jolanda van Iperen, Royal Netherlands Institute of Sea Research (NIOZ)

Die chaotische Entwicklung in der Miniaturwelt war ähnlich gut bzw. schlecht vorhersagbar wie das örtliche Wetter, berichten Elisa Benincà und Jef Huisman von der Universität Amsterdam und ihre Kollegen im Magazin „Nature“. Daher müsse man endgültig den lang gehegten Traum aufgegeben, das Verhalten eines Ökosystems irgendwann einmal vollständig vorhersagen zu können. „Wir wissen jetzt, dass die Dinge nicht derart einfach sind“, so die Forscher.

Die analysierten Daten stammen aus einem Experiment, das Reinhard Heerkloss von der Universität Rostock im März 1989 gestartet hatte. Damals waren Schlamm und Wasser aus dem Bodden hinter Darß-Zingst geholt und – mitsamt aller enthaltenen Lebewesen bis zu einer Größe von 0,2 Millimeter – in einen großen Plastikzylinder gegeben worden. Dieser Mikrokosmos wurde bis Oktober 1997 sich selbst überlassen – abgesehen von wöchentlich zwei Probeentnahmen.

Bereits früher hatte Heerkloss über starke Schwankungen in der Dichte einzelner Organismengruppen berichtet. So kam es immer wieder vor, dass die Zahl einzelner Algentypen oder räuberischer Ruderfußkrebse binnen Tagen um einige Zehnerpotenzen stieg und wieder sank. Doch erst die neue Analyse der Daten bestätigte nun den lange gehegten Verdacht, dass diese Veränderungen chaotischer Natur sind und sich allein aus der Funktion des Nahrungsnetzes ergeben.

Benincà, Huisman und Kollegen fanden mehrere Anzeichen für Chaos in den Daten. Einerseits traten die Veränderungen trotz konstanter Umgebungsbedingungen auf und konnten generell auf die Beziehungen zwischen den einzelnen Organismengruppen zurückgeführt werden. Zudem waren die Schwankungen über wenige Tage gut, über mehr als 2 bis 4 Wochen jedoch unmöglich vorherzusagen. Und nicht zuletzt lieferte die mathematische Analyse den Beleg dafür, dass in dem Mikrokosmos der berühmt-berüchtigte Schmetterlingseffekt am Werk war: Unterschied sich die Situation zu einem Zeitpunkt nur minimal von jener zu einem anderen Zeitpunkt, drifteten die jeweiligen Entwicklungslinien mit der Zeit immer weiter auseinander.

Die neuen Resultate könnten auch die enorme Artenvielfalt im Plankton verstehen helfen, schreiben die Forscher. Indem die Häufigkeiten einzelner Organismengruppen im Rhythmus weniger Wochen schwankten, eröffneten sich immer neue Gelegenheiten für Arten mit unterschiedlichen Ansprüchen.

Forschung: Elisa Benincà, Jef Huisman und Marten Scheffer, Aquatic Microbiology, Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica, Universiteit van Amsterdam, und Leerstoelgroep Aquatische Ecologie en Waterkwaliteitsbeheer, Wageningen Universiteit; Reinhard Heerkloss, Institut für Biowissenschaften, Universität Rostock; und andere

Veröffentlichung Nature, Vol. 451, 14. Februar 2008, pp 822-5, DOI 10.1038/nature06512

WWW:
Aquatic Microbiology, Universität Amsterdam
Lehrstuhl Ökologie, Universität Rostock
Marine Nahrungsnetze
Measuring Chaos – The Lyapunov Exponent

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