Samarbete inom matematik, ekologi och marinbiologi gav nya modeller för ekosystem i havet
Tre forskare med olika specialiteter träffades i olika sammanhang och insåg att de hade mycket gemensamt. Nu, tio år senare, är resultatet klart: en artikel om matematiska modeller för komplexa marina ekosystem som publicerats i en ansedd matematisk tidskrift.
Tvärvetenskaplig forskning kan vara planerad, men den kan också vara ett resultat av tillfälligheter. Som att matematikerna Torsten Lindström och Yuanji Cheng råkade träffas vid en konferens i matematisk biologi i Umeå 2011, och snabbt insåg att de hade gemensamma intressen. Och att Torsten sedan råkade lyssna på en presentation av Subhendu Chakraborty vid en annan konferens i matematisk biologi i Portugal 2014, och insåg att han var den biolog som behövdes.
Det blev lite som när Emil i Lönneberga träffade borgmästarns pojk Gottfrid på Vimmerby marken.
– Vi fann att vi kompletterade varandra på ett så utmärkt sätt att vårt projekt måste genomföras vid sidan av undervisningen, oberoende av vilka medel som för stunden råkade finnas tillgängliga. Men skakigt har det varit hela tiden, framför allt att få tillräckligt med tid till att fokusera på det viktigaste, berättar Torsten, som är professor i matematik vid Linnéuniversitetet.
Matematiska modeller för ekosystem
Samarbetet har resulterat i en artikel i Society for Industrial and Applied Mathematics tidskrift SIAM Journal on Applied Mathematics, en internationellt väl ansedd tidskrift som funnits sedan 1953. Artikeln kombinerar matematik, ekologi och marinbiologi och heter Destabilization, Stabilization, and Multiple Attractors in Saturated Mixotrophic Environments. Den innehåller avancerade matematiska modeller för att beskriva komplexa ekosystem i havet.
– De modeller som används i studien är i första hand skapade för att förstå vad som kan hända i komplexa system när man ändrar på yttre förutsättningar eller parametrar i miljön. Det kan vara ljus, temperatur, näringstillförsel eller beteendeparametrar hos de ingående organismerna, säger Torsten.
Studien har sin grund i marinbiologisk forskning om algblomningar i Östersjön och andra havsmiljöer. Det har framkommit att vissa typer av bakterier och alger kan söka efter sin näring på flera olika så kallade trofiska nivåer och växla mellan dem. Den första trofiska nivån är växter som direkt tar vara på näringsämnen och energi i solljus, den andra är växtätare, den tredje köttätare. Detta kallas mixotrofi.
Stabiliserar – eller inte
Det har länge diskuterats hur en invasion av mixotrofiska beteenden kan påverka dynamiken i marinbiologiska system. Vissa studier har visat att mixotrofiskt beteende stabiliserar dynamiken och gör systemen lättare att reglera, medan andra studier har indikerat motsatsen. Forskargruppens slutsatser utifrån de modeller som tagits fram är både och.
– Med de kombinationer av parametrar där mixotrofiskt beteende är så konkurrenskraftigt att det kan mäta sig med och till och med konkurrera ut mer specialiserade arter, kan det verka såväl stabiliserande som destabiliserande. Vilket det blir beror på faktorer i omgivningen som temperatur, näring, ljus med mera.
– Dessutom spelar förutsättningarna man utgår ifrån roll. Systemet kan bete sig olika beroende på hur mycket bakterier eller alger av var sort som det finns i utgångsläget i den ekologi man studerar, avslutar Torsten Lindström.
- -
Yuanji Cheng är docent i tillämpad matematik vid Malmö universitet.
Subhendu Chakraborty är postdoktor i marinbiologi vid Köpenhamns universitet.