En stor mängd arter kommer att dö ut till följd av den globala uppvärmningen och hårdast drabbas ekosystemen vid polerna visar en ny och lättillgänglig matematisk modell utvecklad vid Linköpings universitet.
Vilka effekter kommer klimatförändringarna få på jordens ekosystem? Ett sätt att bilda sig en uppfattning om det är att göra simuleringar med hjälp av avancerade matematiska modeller. Den modell som forskare vid Linköpings universitet, har utvecklat innehåller ovanligt många aspekter.
– Trots vår modells komplexitet har vi lyckats utveckla metoderna så man kan göra en fallstudie utifrån modellen på en vanlig dator på ett par minuter, säger György Barabas biträdande universitetslektor vid institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet.
Arter kan flytta, anpassa sig eller dö ut
Arter i olika delar av världen är anpassade till temperaturen i det område där de lever. När klimatet förändras genom att temperaturen ökar på en plats kan arter antingen flytta på sig, anpassa sig till de nya förutsättningarna eller dö ut. Forskarna modellerar olika arter som är spridda över jordklotet i en gradient från pol till ekvator. Varje art har ett temperaturintervall som den arten är bäst anpassad för att leva i, dess temperaturoptimum, och interagerar med andra arter i sin närhet. I den aktuella studien använder forskarna sin modell för att simulera klimatets påverkan på ekosystem, genom att utsätta ekosystemen för en gradvis och realistisk temperaturökning under 300 år. Därefter följer en längre period då klimatet stabiliserats med högre temperaturer och modellen simulerar de långsiktiga effekterna på ekosystemen.
– När klimatet blir varmare kan arter till viss del följa sitt temperaturoptimum genom att förflytta sig norrut. Vi ser att arterna som redan finns vid polerna ofta blir utkonkurrerade av de inflyttande arterna, som redan är anpassade till den nya högre temperaturen. Arter dör ut längs med hela gradienten från söder till norr men många av de ursprungliga arterna vid polerna drabbas särskilt hårt, säger Anna Åkesson, doktorand vid institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet.
– Vi ser det här hända i dag i naturen. Ekosystemen längst norrut är pressade på många sätt, dels av att förändringarna sker snabbast där, men också genom att arters utbredningsområden flyttas norrut. Exempelvis trängs fjällräven, som är anpassad till det arktiska klimatet, undan när rödräven flyttar norrut, säger Anna Eklöf, universitetslektor vid institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet.
Viktigt att titta på ekologi och evolution samtidigt
Modellen innehåller flera ekologiska processer, som att rovdjur äter byten, arter konkurrerar med varandra och kan förflytta sig till nya områden. Forskarna har också tagit hänsyn till att arters egenskaper kan förändras över tid genom evolution. Dessa faktorer påverkar varandra, men andra modeller av ekosystem har i mångt och mycket tittat på antingen ekologiska processer eller arters evolution var för sig.
Till modellen la forskarna också att det finns temperaturberoende interaktioner mellan arter. Om arter på en plats är väl anpassade för att frodas i samma temperaturintervall blir konkurrensen mellan dem hög. När samexisterande arter däremot skiljer sig mer åt i temperaturoptima minskar konkurrensen mellan dem – dock är några arter då sämre anpassade till den lokala miljön och kan ha svårare att överleva.
Det visade sig i forskarnas simuleringar att den temperaturberoende konkurrensen mellan arter hade stor påverkan på hur ekosystem påverkades av klimatförändringar. I alla simuleringar ledde klimatförändringarna till att många arter dog ut. Men de temperaturberoende interaktionerna mellan arter bidrog till att något fler arter överlevde. Detta tack vare att de kunde hitta nya nischer och lyckades samexistera i högre grad på en plats, så att den negativa effekten av klimatförändringarna mildrades något.
– I den här modellen kan vi visa att de två stora aktuella frågorna klimatförändringar och biologisk mångfald är tätt kopplade till varandra. Vi ser att om arterna har en större variation i sina egenskaper och mångfalden är större, klarar ekosystemet som helhet av klimatförändringen bättre, säger Anna Eklöf.
Forskarna lyfter fram att det är mycket viktigt att i prediktionsmodeller av storskaliga konsekvenser av klimatförändringar på den biologiska mångfalden inkludera relevanta interaktioner mellan arter, och att titta på både ekologi och evolution samtidigt.
Vetenskaplig artikel:
The importance of species interactions in eco-evolutionary community dynamics under climate change, (Anna Åkesson, Alva Curtsdotter, Anna Eklöf, Bo Ebenman, Jon Norberg och György Barabás), Nature Communications.
Kontakt:
Anna Eklöf, universitetslektor vid Linköpings universitet, anna.eklof@liu.se
Anna Åkesson, doktorand vid Linköpings universitet, anna.akesson@liu.se
Fotnot:
Forskningen har finansierats med stöd av Formas och Vetenskapsrådet.
