Statistik afkoder regnskovens biodiversitet

Ved at bruge statistiske modeller og avanceret matematik hjælper de to matematikprofessorer Rasmus Waagepetersen og Jesper Møller fra Institut for Matematiske Fag på AAU forskere i biologi med at forstå, hvorfor regnskovens træer vokser, hvor de gør. Ved at studere den rumlige fordeling af træer over tid, kan matematikerne komme med nye spor til forståelsen af, hvordan livet i regnskoven udvikler sig.

Tusindvis af træer

For at forstå biodiversiteten i verdens regnskove, udvælger biologer arealer på 1 x 0,5 km forskellige steder på kloden. Her registrerer de positionerne af forskellige træer og planter for at kunne danne sig et overblik over, hvor mange forskellige arter der er, og hvor og hvordan de vokser.

- I modsætning til skove i tempererede områder som herhjemme, hvor vi typisk ser et par håndfulde forskellige slags træer, er der en enorm artsrigdom i regnskoven. Der er ofte flere hundrede forskellige arter i et område på 50 hektar regnskov og flere hundrede tusind træer i alt, fortæller Rasmus Waagepetersen.

De indsamlede data giver biologerne en ide om, hvor mange forskellige arter, der findes inden for et givent areal, men de bliver ikke nødvendigvis klogere på, hvorfor træerne står, hvor de gør, og hvad der er afgørende for den store diversitet blandt regnskovens træer.

- Det, som biologerne er interesserede i at finde ud af, er, hvorfor der er så mange forskellige arter. Man skulle jo tro, at der ville være et par arter, som med tiden ville udkonkurrere de andre. Men det sker ikke. Regnskoven har været her i millioner af år, og der er vedvarende en meget høj biodiversitet. Biologerne vil meget gerne vide, hvordan det kan lade sig gøre og forstå, hvordan biodiversiteten hænger sammen, siger Rasmus Waagepetersen.

Orden i kaos

Ser man på fordelingen af træer i regnskoven som punkter på et kort, ser det umiddelbart fuldstændig tilfældigt ud. Nogle steder står visse arter i tætte klynger – andre steder vokser de tilsyneladende tilfældigt spredt mellem hinanden.

For at forstå, hvordan diversiteten opstår og de bagvedliggende årsager til, hvorfor træerne vokser hvor de gør, må biologerne tage avanceret statistik til hjælp.

Typisk vil de på forhånd have en række hypoteser om, hvilke faktorer, der spiller ind. Det kan være forskellige jordbundsforhold, højdeforhold i terrænet, nærhed til vand, spredning af frø gennem forskellige dyr osv. Men ofte er det ikke hele forklaringen.

- Med de modeller vi har udviklet, kan vi tage højde for alle de forskellige forhold, som biologerne kender til og se, om det giver mening i forhold til, hvordan træerne står. Men det betyder også, at vi kan se, om der er andre faktorer, som biologerne måske har overset eller slet ikke har kendskab til. Der kan være mange ubekendte faktorer, der gør sig gældende, forklarer Rasmus Waagepetersen.

Forklarende variabler

De to forskeres statistiske modeller forholder sig ikke specifikt til biologiske årsagssammenhænge. De kan derimod bruges til at undersøge om biologernes data understøtter deres teorier om, hvordan tingene hænger sammen.

- Vi kan ikke nødvendigvis se, hvilke årsager der er medvirkende til at biodiversiteten ser ud, som den gør. Sådan fungerer matematikken ikke. Men vi kan se, hvis der er et mønster, der peger på, at der er andre væsentlige faktorer, der påvirker hvor og hvordan træerne vokser, siger Jesper Møller og fortsætter: Man kalder det for ’forklarende variabler’ – altså udefrakommende faktorer, som måske eller måske ikke kan påvirke udfaldet, forklarer han.

- Med de statistiske modeller og metoder, vi har udviklet, kan man se, hvis der pludselig mangler en forklarende variabel – at der tilsyneladende er en sammenhæng i tilfældighederne, som må have en årsag.

Forstå verden med matematik

Arbejdet med at kortlægge grundlaget for regnskovens biodiversitet bygger på over 35 års matematisk grundforskning, forklarer professor Jesper Møller.

- Det her er ikke noget, der er udviklet specielt til at kortlægge biodiversitet i regnskove. Det er blot et af mange områder, hvor vi arbejder med matematiske og statistiske modeller for at forstå, hvordan verden hænger sammen, og hvorfor tingene sker som de gør, siger han.

Ved at bruge punktprocesser, hvor hændelser eller andet, der skal undersøges, bliver markeret som punkter på et kort i to eller tre dimensioner, kan man i princippet afkode mønstre i alt fra trafikuheld på landevejsnettet til meteornedslag på jordkloden, eller hvordan hjerneceller er organiserede.

- Det handler dybest set om at bruge avanceret statistik og matematik til bedre at kunne forstå vanvittigt indviklede processer, som ellers ser fuldstændig usammenhængende og kaotiske ud, siger Jesper Møller.