Daisyworld-model toont aan hoe snelle milieuveranderingen ecosystemen kunnen bedreigen

Daisyworld is een eenvoudige planeet die bevolkt is door twee soorten madeliefjes die samen de temperatuur reguleren om ideale omstandigheden te behouden. Als de planeet te snel opwarmt of afkoelt, zullen alle madeliefjes uitsterven, zelfs als ze onder die omstandigheden anders goed zouden hebben kunnen overleven. Deze ontdekking weerspiegelt soortgelijke observaties die zijn gevonden in andere modellen en in echte ecosystemen.

Stel je een wereld voor die alleen gevuld is met madeliefjes. Lichtere madeliefjes weerkaatsen zonlicht en koelen de planeet af, terwijl donkere madeliefjes zonlicht absorberen en deze opwarmen. Samen werken deze twee soorten madeliefjes om de temperatuur van de planeet te reguleren, waardoor de wereld meer leefbaar wordt voor hen allemaal.

Toch kan zelfs in dit bloeiende paradijs een simpele verandering ervoor zorgen dat het hele ecosysteem ineenstort. In een recente studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en University College Cork ontdekt dat dit eenvoudige ecologische model, vol met madeliefjes, kwetsbaar is voor ineenstorting na relatief kleine, maar snelle veranderingen in de omgeving.

De hypothetische planeet vol madeliefjes is meer dan een vrijblijvende nieuwsgierigheid. Het heeft een naam—Daisyworld—en werd in de jaren ’80 uitgevonden als een model om wetenschappers te helpen begrijpen hoe organismen hun omgeving kunnen reguleren. Sindsdien hebben onderzoekers het gebruikt om onderwerpen zoals biodiversiteit en klimaatverandering te verkennen.

“Het Daisyworld-model is een klassiek denkexperiment over de co-evolutie van leven en omgeving en is veelvuldig gebruikt in het onderwijs van de aarde systeemwetenschappen,” zei auteur Constantin Arnscheidt.

Vanwege de basis- en fundamentele aard wilden de auteurs het gebruiken om het idee van ecologische kantelpunten te bestuderen, punten van geen terugkeer waarboven een ecosysteem gedoemd is te instorten. Dit kan gebeuren als de omgeving te extreem wordt, maar het kan ook gebeuren als de omgeving te snel verandert. Dit tweede type kantelpunt was waar ze in geïnteresseerd waren.

“In wezen, als je het systeem snel genoeg duwt, kun je een ineenstorting veroorzaken, zelfs als je het niet zo hard duwt,” zei Arnscheidt. “Dit wordt rate-induced tipping genoemd: de snelheid van verandering is de sleutel tot het bepalen of het systeem kantelt.”

Door gebruik te maken van wiskundige modellering ontdekten de auteurs dat rate-induced tipping zelfs in Daisyworld kan plaatsvinden. Als de planeet te snel opwarmt of afkoelt, zullen alle madeliefjes uitsterven, zelfs als ze onder die omstandigheden anders goed zouden kunnen overleven. Deze ontdekking weerspiegelt soortgelijke observaties die zijn gedaan in andere modellen en in echte ecosystemen.

“Rate-induced tipping is aangetoond relevant te zijn in steeds meer systemen, vooral complexe zoals die in de aardwetenschappen en ecologie,” zei Arnscheidt. “Het is ook een fenomeen dat waarschijnlijk behoorlijk relevant zal zijn voor de mensheid, terwijl we doorgaan met navigeren in een tijdperk dat gekenmerkt wordt door snelle door de mens veroorzaakte veranderingen.”

Het begrijpen van rate-induced tipping is cruciaal omdat deze ineenstortingsvoorwaarden minder voor de hand liggend zijn, maar even dodelijk. Zonder een duidelijk beeld van hoe deze ecosystemen reageren op snelle omgevingsveranderingen, kunnen we onbewust veel meer verdoemen dan alleen een planeet vol hypothetische madeliefjes.

“Het feit dat we rate-induced tipping kunnen vinden in een model zo klassiek en goed bestudeerd als Daisyworld, meer dan vier decennia na de oprichting, suggereert dat rate-induced tipping misschien aanwezig is in veel andere klassieke modellen als we er alleen maar naar zoeken,” zei Arnscheidt.