De tropische wouden van de wereld bevinden zich in een "kritieke toestand" waarin het uitsterven van zeldzame boomsoorten een omslagpunt zou kunnen zijn, zeggen wetenschappers die een analytische methode hebben ontwikkeld om hun biodiversiteit in kaart te brengen.

"We zitten midden in een uitstervingscrisis, " zei Jayanth R. Banavar, provoost en senior vice-president aan de Universiteit van Oregon en eerder aan de Universiteit van Maryland in College Park. "We verliezen soorten misschien sneller dan ooit tevoren. Het is de biodiversiteit van de soorten die onze planeet houdt zoals ze is. Deze soorten zijn geëvolueerd over vele, vele millennia. Een soort die ooit verloren is gegaan, is voor altijd verdwenen."

In een paper gepubliceerd op 18 oktober in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , Banavar, een natuurkundige, en co-auteurs van drie andere universiteiten onthulden hun bevindingen, die gebaseerd zijn op een wiskundig raamwerk dat vertrouwt op een mechanisch geboorte-dood-immigratiemodel van een ecosysteem.

De verspreiding van de soortenrijkdom die door de wetenschappers is bestudeerd, in de wiskundewereld bekend als negatieve binomialen, is een generalisatie van de in 1943 door R.A. Fisher van de Universiteit van Cambridge om de algehele overvloed aan Britse mottensoorten te begrijpen op basis van aantallen gevonden in een kleine steekproef.

Momenteel gebruikte benaderingen, Banavar zei, hebben beperkingen die vaak onnauwkeurige extrapolaties opleveren bij het opschalen van een bepaalde steekproefomvang naar de schaal van het hele bos.

Ongeveer twee vijfde van de bomen in de wereld bevindt zich in tropische of subtropische bossen. Toch is veel minder dan 1 procent van de boomsoorten bekend. De nieuwe methode identificeert minimale steekproefgroottes die nodig zijn voor het nauwkeurig projecteren van aantallen overvloedige en zeldzame bomen in bosgebieden. Soorten met weinig bomen worden met uitsterven bedreigd.

"We vinden dat het tropische woud in Panama al voldoende wordt gecontroleerd, terwijl andere bossen, zoals die van de Amazone, nog uitgebreide aanvullende bemonstering nodig hebben, " zei co-auteur van de studie Amos Maritan van de Universiteit van Padova in Italië.

De onderzoekers suggereren dat de talrijke uiterst zeldzame soorten van vitaal belang kunnen zijn voor het behoud van de biodiversiteit en het overleven, aangezien bossen wereldwijde klimaatverandering en menselijke activiteiten ondergaan.

"Het stimuleren van de biodiversiteit is niet alleen van het grootste belang voor het voortbestaan ​​van onze planeet, het is ook een wiskundig probleem van groot belang dat al door veel ecologen was aangepakt, "Banavar zei. "We hebben een methode ontwikkeld die nauwkeurige schattingen geeft van het aantal soorten en abundanties die in het hele ecosysteem aanwezig zijn."

De nieuwe methode, hij zei, is gebaseerd op lokale schaalinformatie en de neutrale ecologische theorie van Stephen Hubbell van de Universiteit van Californië, Los Angeles, en Smithsonian Tropical Research Institute in Panama. Het kwam naar voren in een Nature-paper uit 2007 waarin werd gekeken naar het verschillende gedrag van koraalriffen en tropische bossen. Banavar en Maritan waren co-auteurs, samen met Igor Volkov van de Universiteit van Maryland in College Park, ook een co-auteur van het nieuwe onderzoek.

Voor het nieuwe onderzoek de methodologie werd verder aangepast en getest op populaties van bossoorten, zowel in computersimulaties als op beschikbare gegevens uit 15 verschillende tropische bossen.

“Onze aanpak laat zien dat, Op wereldwijde schaal, relatief weinig soorten zijn goed voor meer dan 50 procent van de individuele bomen, terwijl een hoog percentage soorten minder dan 1 heeft 000 bomen, ' zei Maritan. 'In onze interpretatie, dit geeft aan dat de geanalyseerde ecosystemen zich gedragen alsof ze zich in de buurt van een kritiek punt bevinden - een goed bestudeerd fenomeen bij faseovergangen in fysieke systemen. Dergelijke systemen zijn meestal buitengewoon gevoelig voor kleine verstoringen."

De traditionele methode begint met de hypothese dat een verspreiding van soortenrijkdom een ​​Fisher-logreeks is, maar die veronderstelling vertekent de werkelijke soortaantallen bij schaalinspanningen, zei Banavar.

Dramatische verminderingen van schattingen voor "hyper-zeldzame" boomsoorten met behulp van de nieuwe methodologie werden waargenomen in vier van de bossen die in de studie waren opgenomen:Caxiuna en Manaus, zowel in de Amazone, Nouabale in de Republiek Congo, en Volcan Barva in Costa Rica.

"Naarmate we meer en meer proeven, we hebben de neiging om dezelfde soort steeds weer te zien, dus de vorm van de curve verschuift naar waar we niet langer het grootste aantal soorten hebben met zeer kleine aantallen individuen, maar eerder grotere aantallen soorten met intermediaire aantallen individuen. Als je naar een echt bos gaat, dit is wat je zult vinden."

De nieuwe aanpak, Banavar zei, stelde het team in staat om een ​​eenvoudige vraag te beantwoorden:hoeveel soorten bomen zijn er, in feite, aanwezig in de Amazone of in andere bossen? En hoeveel van hen zijn zeldzaam en worden met uitsterven bedreigd?

kleine schommelingen, hij zei, zou kunnen leiden tot grootschalige veranderingen in bosdiversiteit en gezondheid. Zeldzame soorten, hij zei, een reservoir vormen voor herstel en veerkracht van het bos.

"Deze methode stelt ons in staat om zowel te begrijpen hoe kwetsbaar de biodiversiteit is als op hoeveel soorten we ons zouden moeten concentreren met instandhoudingsinspanningen, ' zei Banavar. 'Als verzorgers van deze planeet, we willen de soort koesteren die we hebben, en we willen het leven behouden voor de volgende generatie."

De nieuwe methode, Maritan heeft toegevoegd, is eenvoudig en kan worden toegepast op andere gebieden, zoals het begrijpen van de biodiversiteit van het microbioom.

"We presenteren een bewijs dat elke vorm van verspreiding van soortenrijkdom, zelfs met rare pieken, kan precies worden uitgedrukt als een lineaire combinatie van deze negatieve binomials. En de opschalingsprocedure kan precies worden afgeleid onder bepaalde vereenvoudigende aannames, " hij zei.