Mathematische Modellen in Wetenschap

Mathematische modellen in ecologie

• Mathematische modellen laten toe hypothesen op een meer formele manier te formuleren.
• Het omzetten van een conceptueel model in een mathematisch model biedt het voordeel dat de voorspellingen van de hypothese zeer precies worden omschreven.
• Modellen kunnen soms contraintuïtieve resultaten opleveren, zoals het belang van indirecte effecten.

Belang van ecologie

• De ecologie is een fundamenteel wetenschappelijke discipline die zich tot doel stelt te begrijpen welke factoren en interacties met de biotische en abiotische omgeving de distributie en de abundantie van organismen verklaren.
• De ecologie heeft belangrijke toepassingen, onder meer met betrekking tot het inschatten van de impact van bepaalde (menselijke) ingrepen of het begrijpen van de effecten van biodiversiteitsverlies op onze maatschappij.

Toepassingen van ecologie in de 21e eeuw

• De steeds groeiende rekenkracht, remote sensing en de snel groeiende hoeveelheid beschikbare data geven ecologen de mogelijkheid om wereldwijde problemen zoals de achteruitgang van biodiversiteit, klimaatverandering, vervuiling, invasieve soorten, etc. op grote schaal te bestuderen.

Continentenverschuivingen en populaties

• Continentenverschuivingen hebben tot gevolg dat populaties van soorten worden gescheiden, waarna ze onafhankelijk evolueerden.
• De uiteindelijke fauna's en flora's die zich ontwikkelden op de verschillende continenten zijn het resultaat van een interactie van verschillende factoren: hun vroege ontstaansgeschiedenis en diversificatie, de graduele fragmentatie van de continenten en de klimatologische veranderingen die ermee gepaard gingen.

Adaptatie van organismen aan hun omgeving

• De mate waarin een omgeving als heterogeen wordt ervaren is een functie van de schaalgrootte van het organisme.
• Er zijn drie soorten heterogeniteit:
  • Heterogeniteit in de ruimte: een mozaïek van ongunstige en gunstige habitats.
  • Heterogeniteit in de tijd: veranderingen in omgevingscondities doorheen de tijd.
  • Biotische interacties: de aanwezigheid van een soort in een habitat heeft een invloed op de manier waarop dit habitat door andere soorten wordt waargenomen.

Ecologische successie

• De aanwezigheid van een soort in een habitat heeft een invloed op de beschikbaarheid van bijvoorbeeld ruimte of voedselbronnen voor andere soorten.
• Dit kan leiden tot ecologische successie, waarbij soorten die ecologisch verschillen van de reeds aanwezige soort, aantrekkelijker worden voor het habitat.

Ruilfuncties en het voorkomen van meerdere optima

• Wanneer soorten een in wezen zelfde fitness hebben, al dan niet door een andere combinatie van kenmerken, kunnen ze ook in afwezigheid van biotische interacties en in afwezigheid van enige variatie in omgevingscondities in ruimte en tijd, toch in principe nog vrij lange tijd samen voorkomen.

Genetische polymorfie

• Het is in de loop van de laatste decennia steeds duidelijker geworden dat lokale populaties vaak een opvallend hoge genetische diversiteit herbergen.
• Genetische polymorfieën kunnen worden opgespoord aan de hand van genetische merkers.