Gästprofessor André de Roos skakar om etablerade idéer inom teoretisk ekologi

Mycket av Andrés forskning har ägnats åt denna grundläggande fråga: att förstå hur populationer och samhällen påverkas av individerna inom dem.

Som professor i teoretisk ekologi på Institutet för biologisk mångfald och ekosystemdynamik vid Amsterdams universitet och mångårig samarbetspartner med professor emeritus Lennart Persson på Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap, besöker han nu Umeå som innehavare av H.M. Kung Carl XVI Gustaf professur i miljövetenskap. Han fortsätter att utmana allmänt vedertagna principer inom teoretisk ekologi med sin forskning som kretsar kring en huvudfråga: att övertyga andra forskare om att individers utvecklingsprocess bör inkluderas i våra teorier om hur populationer och samhällen fungerar.

Spelar biologisk mångfald någon roll?

Nu tillbringar André sin tid i den tvärvetenskapliga forskningsmiljön IceLab, med Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap som värd, och han nyttjar gästprofessuren till att arbeta med ett antal samarbetspartners i flera projekt. I ett projekt utforskar han födovävar och vikten av biologisk mångfald. Det må verka uppenbart att biologisk mångfald är viktigt i ett ekosystem, men det visar sig vara förvånansvärt svårt att förklara vetenskapligt. Många ekologer håller sig borta från denna fråga, men André anser att det är viktigt att ifrågasätta vikten av biologisk mångfald ur ett vetenskapligt perspektiv.

– Ett klassiskt problem inom födovävs- och populationsekologi är att även om vi hävdar att biologisk mångfald är viktigt kan vi inte ge ett bra skäl för det. Det finns än så länge bara begränsade experimentella belägg för att kunna säga, ok, vi behöver verkligen mångfald.

Födovävar och deras nätverksdynamik har studerats tidigare. André tillför en ny dimension till dessa modeller. Klassiska ansatser inom teoretisk ekologi behandlar alla individer inom en art som helt identiska. Individer förändras dock. Till exempel börjar fisk i en sjö som yngel, små i storlek, som sedan växer sig större tills de når vuxen ålder. Om man skiljer mellan unga och vuxna individer bland alla arter i en födovävsmodell, och om man dessutom tar hänsyn till att unga individer oftast drabbas mycket mera av predation än vuxna, så visar det sig oftast att den största flaskhalsen i individers livshistoria är att nå vuxen ålder.

André visade nyligen att, när man väl modellerar ett samhälle med hänsyn till det, så är sammansättningen av ett artrikt och växt- och djursamhälle stabilt över tiden. Om man istället inte skiljer mellan unga och vuxna individer så kollapsar det modellerade samhället tills bara ett fåtal arter är kvar.

– Det är inte bara nätverksstrukturen som har komplexitet, utan även populationsstrukturen. Det är en andra komplexitetsaxel. Och om man introducerar populationsstruktur så kompenserar denna de destabiliserande effekterna av nätverksstrukturen. Det är ett av de projekt som jag fortsätter att arbeta med och fortsätter prata med människor om.

Utmanar normen "när man tar hänsyn till individers livshistoria händer oväntade saker"

Mycket av Andrés forskning har ägnats åt denna grundläggande fråga: förstå hur populationer och samhällen påverkas av individerna inom dem. Detta strider mot många av de etablerade modellerna inom området. Många av dessa beskriver populationer som om de bestod av identiska individer. Detta utelämnar dock ett av livets unika egenskaper: individer växer och utvecklas under hela sina liv.

– En encellig organism måste åtminstone öka i storlek med en faktor 2 under sin livscykel. Men de flesta arter går igenom en mycket komplex livshistoria. Denna process, utvecklingen från födseln till att en organism börjar reproducera sig, saknas faktiskt i de flesta av våra teorier om hur populationer och samhällen fungerar. Det har varit min ständiga strävan att övertyga människor om att detta faktiskt gör skillnad. 

– Andrés ovanliga angreppssätt inom ekologisk modellering kan möta motstånd i forskarsamhället. När man tar hänsyn till individers komplexa livscyklar kan man få resultat som strider mot det som utvecklats tidigare. Denna ansats till teoribyggande har potential att kraftigt öka vår förståelse av ekologiska interaktioner och på längre sikt vår förmåga att förutsäga olika arters och ekosystems reaktioner på miljöförändringar, säger Sebastian Diehl, en av de Roos samarbetspartners och professor i ekologi vid Umeå universitet.

Ett klassiskt exempel på detta är en tidigare studie av Lennart Persson och André de Roos om konsekvensen av att inkludera individers utveckling i modeller av fiskpopulationer. Tänk dig ett överexploaterat bestånd av torsk i Östersjön. Hur skulle du återställa det? Att undvika överfiske av torskens byten kan tyckas vara en bra idé – om det finns mer fisk för torsken att äta, borde det vara bättre för dem – eller hur? Kanske inte! De Roos förtydligar:

– Vi visar faktiskt motsatsen. Ökande fisketryck på torskens bytesdjur är det mest effektiva sättet att främja återställningen av torskbeståndet.

Hur fungerar det, i enkla termer? När en rovdjurspopulation kollapsar växer dess bytespopulation då den inte längre utsätts för predation. Men bytesfiskarnas fysiska kondition och fertilitet försämras eftersom de nu måste konkurrera hårdare om sin egen föda. Könsmogna fiskar blir då bara marginellt större än juvenila fiskar, med minskad reproduktion som följd. Rovdjursarten, torsken i detta exempel, äter företrädesvis de mindre, juvenila individerna. Så även om det finns många bytesfiskar, finns det inte tillräckligt många av rätt storlek.

En liknande situation inträffade naturligt i sjön Takvatn nära Tromsø, vilket gav ett tillfälle till validering av denna idé. Rovdjuret var öring och bytet var röding. När forskare fiskade bort stora delar av rödingbeståndet ökade de överlevande rödingarnas fertilitet och produktion av yngel. Beståndet av öring började då växa eftersom de fick tillgång till fler små fiskar. Ett kontraintuitivt resultat, publicerat i tidskriften Science 2007.

Gör ekolod skada på valpopulationer?

Nyligen har André de Roos studerat effekterna av ljud från ubåtar från US Navy och övningar under vattnet på populationer av näbbvalar, en familj av valar som är kända för att de dyker till flera kilometers djup för att jaga efter bläckfisk. Även i denna forskning visar det sig att olika stadier i individers livscykel kan ge upphov till oväntade effekter på beståndsnivå.

– Även om alla valar störs av ekolod, påverkar ljudet inte alla individer lika mycket. Det är framför allt unga honor i sin första eller andra graviditet som lider. Eftersom de själva fortfarande växer har dom de högsta energibehoven. Därför har de inte tillräckligt med energi för att täcka alla sina behov när de störs av ljud.

Vad händer då? De unga honorna förlorar sina kalvar. Detta ökar dödligheten på populationssnivå, vilket i sin tur ökar mängden föda som är tillgänglig för de överlevande individerna i populationen. Dessa överlevande individer kan sedan producera fler avkommor än om det inte hade funnits någon ljudeffekt i första hand. Med denna typ av komplexa återkopplingar blir då frågan, vad behöver mätas för att avgöra om en population drabbas av negativa effekter? Även om det i detta fall visade sig att valbeståndet var motståndskraftigt mot de studerade störningarna från ekolod, kan det så småningom gå fel.

– Vad vi vanligtvis har hittat i den här typen av system är att när det väl går fel så händer det väldigt snabbt. Saker och ting ser ganska ok ut fram till en viss tidpunkt och sedan kollapsar det ordentligt. Var är vändpunkten? Det är det stora okända.

Det bästa med Umeå?

André har besökt Umeå sedan 1990-talet, har sett staden förändras genom åren och uttrycker uppskattning och beundran för den omgivande naturen och forskningen som görs här.

– Medan större delen av världen fokuserar på ekologisk forskning i laboratoriesystem, studerar forskarna här fortfarande verkligen naturen. Det har alltid varit en av de saker som jag verkligen gillar med Umeå, miljön, närheten till naturen. Att leva med naturen. Det faktum att du går ut och fiskar och äter fisken, plockar bär eller plockar svamp. Du är omgiven av så mycket natur – människor uppskattar det och är också verkligen intresserade av det. Även de som inte är forskare är intresserade av vad som händer i naturen, vad som händer med fiskpopulationer i sjöarna, och det är så intressant för då är de nyfikna på din vetenskap.  

Fram till slutet av oktober, och sedan igen 2022 från mars till juli, kan du hitta André de Roos på IceLab. André kommer också att tillbringa tid vid SLUs Kustlaboratorium i Öregrund för att interagera med forskare där. På helgerna kan du se honom njuta av det norrländska ljuset och tystnaden i naturen.