Mensen hebben een lange geschiedenis van het vervolgen van toproofdieren zoals wolven, tijgers en luipaarden. Het verlies van deze predatoren – dieren aan de top van de voedselketen – heeft geleid tot ecologische, economische en sociale gevolgen over de hele wereld. Zelden herstellen de roofdieren volledig van menselijke onderdrukking, en, wanneer ze dat doen, we missen vaak gegevens of hulpmiddelen om hun herstel te beoordelen.

De zeeotters in Glacier Bay, Alaska, zijn een uitzondering. In een recente studie, ons team heeft de ongelooflijke terugkeer van zeeotters opgetekend in een gebied waar ze al minstens 250 jaar afwezig zijn.

Onze aanpak – die wiskunde, statistieken en ecologie – kunnen ons helpen de rol van zeeotters in mariene ecosystemen beter te begrijpen en het vermogen van toproofdieren om terug te keren naar een ecosysteem nadat ze afwezig zijn geweest. Het kan ons zelfs helpen te leren wat een veranderend klimaat betekent voor veel andere soorten.

Keer terug naar Glacier Bay

Hoewel niet typisch in dezelfde geest als wolven bekeken, tijgers en luipaarden, zeeotters zijn een toproofdier van het nearshore mariene ecosysteem - de smalle band tussen terrestrische en oceanische habitats.

Tijdens de commerciële maritieme bonthandel in de 18e en 19e eeuw, zeeotters werden bijna tot uitsterven bejaagd in hun verspreidingsgebied in de noordelijke Stille Oceaan. tegen 1911, slechts een handvol kleine geïsoleerde populaties bleef.

Maar de populaties van zeeotters hebben zich in veel gebieden hersteld, dankzij enkele wijzigingen. Het internationale pelsrobbenverdrag in 1911 beschermde zeeotters tegen de meeste menselijke oogst. Wildlife agentschappen hebben zich ook ingespannen om de herkolonisatie van zeeotters te helpen.

Eventueel, zeeotters begonnen toe te nemen in overvloed en verspreiding, en ze gingen op weg naar Glacier Bay, een gletsjerfjord en nationaal park in het zuidoosten van Alaska. Glacier Bay is functioneel gezien een van de grootste beschermde mariene gebieden op het noordelijk halfrond.

Glacier Bay was tot ongeveer 1750 volledig bedekt met gletsjerijs - ongeveer dezelfde tijd dat zeeotters uit de omgeving verdwenen als gevolg van overmatige oogst. Vervolgens doorstond het de snelste en meest uitgebreide terugtrekking van de gletsjer door getijwater in de geschiedenis. Na het terugtrekken van de gletsjer, er ontstond een rijke omgeving. Deze nieuwe omgeving ondersteunde hoge concentraties wilde dieren, waaronder prooidieren van de zeeotter – zoals krabben, weekdieren en zee-egels – die in de afwezigheid van zeeotters in omvang en overvloed konden toenemen.

Zeeotters verschenen voor het eerst aan de monding van Glacier Bay in 1988. Hier ontmoetten ze een uitgestrekt leefgebied, overvloedige prooipopulaties en bescherming tegen alle menselijke oogst.

Onze aanpak

Het is een uitdaging om in te schatten hoe populaties groeien en zich verspreiden, vanwege hun dynamische karakter. Elk jaar, dieren verhuizen naar nieuwe gebieden, het vergroten van de hoeveelheid ruimte en inspanning die nodig is om ze te vinden. Vliegtuigen die op zoek zijn naar zeeotters moeten meer terrein bestrijken, meestal met dezelfde hoeveelheid tijd en geld. Aanvullend, individuen kunnen om een ​​aantal redenen van het ene gebied naar het andere gaan gedurende een bepaalde periode, inclusief sociaal gedrag van zeeotters en hun reactie op de omgeving. Omdat deze uitdagingen nauwkeurige populatieschattingen kunnen verstoren, het is belangrijk om ze te begrijpen en aan te pakken.

Kort nadat de zeeotters in Glacier Bay aankwamen, wetenschappers van de U.S. Geological Survey begonnen gegevens te verzamelen om hun terugkeer te documenteren. Hoewel de gegevens duidelijk aangaven dat het aantal zeeotters toenam, we hadden nieuwe statistische methoden nodig om de omvang van deze toename te onthullen.

Eerst, we ontwikkelden een wiskundig model met behulp van partiële differentiaalvergelijkingen om de groei en verspreiding van zeeotters te beschrijven. Partiële differentiaalvergelijkingen worden vaak gebruikt om fenomenen zoals vloeistofdynamica en kwantummechanica te beschrijven. Daarom, ze waren een natuurlijke keuze om te beschrijven hoe een massa – in ons geval de zeeotterpopulatie – verspreidt zich door ruimte en tijd.

De nieuwe aanpak stelde ons in staat om ons huidige begrip van de ecologie en het gedrag van zeeotters op te nemen, inclusief habitatvoorkeuren, maximale groeisnelheid en waar zeeotters voor het eerst werden waargenomen in Glacier Bay.

Tweede, we hebben onze vergelijkingen opgenomen in een hiërarchisch statistisch model. Hiërarchische modellen worden gebruikt om conclusies te trekken uit data die voortkomen uit complexe processen. Ze bieden flexibiliteit om verschillende bronnen van onzekerheid te beschrijven en te onderscheiden, zoals onzekerheid in gegevensverzameling en ecologische processen.

Partiële differentiaalvergelijkingen zijn niet nieuw op het gebied van ecologie, die teruggaat tot minstens 1951. Echter, door deze vergelijkingen te fuseren met formele statistische modellen, kunnen we op betrouwbare wijze dynamische ecologische processen afleiden, terwijl we de onzekerheid in verband met onze bevindingen op de juiste manier kwantificeren. Het biedt een gegevensgestuurde manier om onderzoeken naar de overvloed aan zeeotters van de afgelopen 25 jaar te analyseren.

Dit gaf ons rigoureuze en eerlijke schattingen van de kolonisatiedynamiek die ons begrip van het ecologische systeem omvatte.

Een recordbrekend herstel

Door gebruik te maken van onze nieuwe aanpak, we ontdekten dat de populatie zeeotters van Glacier Bay tussen 1993 en 2012 met meer dan 21 procent per jaar groeide.

Ter vergelijking, de geschatte groeisnelheden van zeeotters in andere populaties in Alaska, die ook aan het herstellen waren, zijn beperkt tot 17 tot 20 procent. Verder, de maximale biologische voortplantingssnelheid - de snelste snelheid die zeeotters kunnen reproduceren - ligt tussen 19 en 23 procent per jaar. Dat betekent dat de groeisnelheid van de Glacier Bay-zeeotter bijna of maximaal was, en groter dan enige geregistreerde zeeotterpopulatie in de geschiedenis.

In het kielzog van de terugtrekking van de gletsjer, zeeotters gingen van niet-bestaand tot het koloniseren van bijna de hele Glacier Bay in een tijdsbestek van 20 jaar. Vandaag, ze zijn een van de meest voorkomende zeezoogdieren in Glacier Bay. Recente waarnemingen hebben grote groepen van meer dan 500 zeeotters gedocumenteerd in sommige delen van de lagere Glacier Bay, wat suggereert dat prooien overvloedig zijn.

De fusie van state-of-the-art statistische en wiskundige methoden afgebeeld, Voor de eerste keer, hoe buitengewoon de groei en verspreiding van deze bevolking was.

Zeeotters hadden veel succes in de nasleep van de terugtrekking van de gletsjer in Glacier Bay. Hoewel het door het klimaat veroorzaakte verlies van zee-ijs een negatief effect kan hebben op sommige wijdverbreide toproofdieren - zoals ijsberen of walrussen - kunnen andere soorten profiteren van de opkomst van nieuw beschikbare leefgebieden en prooidieren.

Mensen hebben de wereldwijde achteruitgang van toproofdieren veroorzaakt, en deze dalingen zijn vaak moeilijk om te keren. Echter, onze resultaten suggereren dat, wanneer er minimale menselijke tussenkomst is, toproofdieren kunnen op grote schaal succesvol zijn in het herkoloniseren van geschikte habitats.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.