Promotie dhr. Q. Liu: The emergent properties of spatial self-organization: a study of patterned mussel beds

Promotie: dhr. Q. Liu

Proefschrift: The emergent properties of spatial self-organization: a study of patterned mussel beds

Promotor(s): prof.dr. J. van de Koppel, prof.dr. P.M.J. Herman, prof.dr. H. Olff

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Mosselbedden in natuurlijke patronen handhaven zich beter

Mosselen vormen op getijdeplaten hele aparte ruimtelijke patronen. Wanneer men vanuit een vliegtuig mosselbedden zou bekijken, ziet men vaak regelmatige bandachtige patronen. Wanneer je over datzelfde mosselbed loopt, vormen de mosselen binnen zo’n band weer strengvormige patronen. Ruimtelijke patronen, kenmerkend voor mosselbedden in de Waddenzee, zijn essentieel voor het verklaren van de productiviteit, stabiliteit en veerkracht van mosselbedden. Dat is een conclusie uit het proefschrift van Quan-Xing Liu van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ).

Liu deed vier jaar lang onderzoek naar de mechanismen van patroonvorming in mosselbedden. Ook keek hij naar de implicaties van de patronen voor het functioneren van mosselecosystemen, zoals hun invloed op de dichtheid aan mosselen in het bed en op de mate waarin het mosselbed verstoring door bijvoorbeeld stormen kan opvangen. Onbekend was hoe deze hiërarchische opbouw van patronen het functioneren van mosselbedden beïnvloedt. Liu: ‘Bekend was al wel dat organismen hun omgeving kunnen beïnvloeden, maar dit complexe landschap, gevormd door de activiteiten van één enkele soort, is uniek.’

De grote schaal van mosselbedden maakt het doen van experimenten onmogelijk. Daarom koos Liu voor het uitvoeren van wiskundige simulaties. ‘Onze simulaties zijn bijzonder omdat we iedere mossel individueel modelleerden binnen een stuk mosselbed van 25 bij 25 meter. Daarmee modelleerden we hoe ongeveer 1.5 miljoen individuele mossels zich rangschikten op een mosselbed.’ Liu maakte daarbij gebruik van grafische processoren, waar men normaal computerspelletjes op speelt. ‘Deze techniek maakt het mogelijk te bestuderen hoe de eigenschappen van individuele organismen, via de interacties met andere organismen, het functioneren van ecosystemen bepalen.’

‘Menselijk handelen leidt typisch tot het homogeniseren van ecosystemen,’ vermeldt Johan van de Koppel, de begeleider van Liu aan het NIOZ en buitengewoon hoogleraar aan de RUG. ‘We poetsen alle oneffenheden weg zodat er een vlak landschap ontstaat. Ons onderzoek laat zien dat dit grote gevolgen heeft voor de veerkracht van het ecosystemen. Gehomogeniseerde mosselbanken zijn volgens onze modellen veel gevoeliger voor zogenaamde kantelpunten. Wanneer een ecosysteem over een kantelpunt geduwd wordt, kunnen er plotseling grote, onherstelbare veranderingen plaats vinden. In het geval van mosselbedden leidt dit tot het verdwijnen van alle mosselen en blijft er slechts kaal sediment over. Mosselbedden waarin natuurlijke patronen op verschillende ruimtelijke schalen voorkomen, zijn beter bestand tegen dit soort veranderingen en veren sneller terug als ze verstoord zijn. Ons werk benadrukt het belang van zogenaamde “onverstoorde natuur”, waar de natuur zelf de gelegenheid krijgt het landschap te vormen.’

Quan-Xing Liu studeerde aan de North University of China. Hij promoveert aan de Rijksuniversiteit Groningen op onderzoek dat hij uitvoerde bij het NIOZ in Yerseke en werd gefinancierd door het ZKO-project van NWO. Inmiddels is hij postdoc bij de Universiteit van Amsterdam.