Øer er evolutionens laboratorium
Ideen om øer som evolutionens laboratorier lever stadig, selv om meget er sket, siden en biolog og en matematiker for 50 år siden revolutionerede viden om øer og økologi ved hjælp af en matematisk formel.
Øer laboratorier natur økologi evolution arter udbredelse

Forskerne er begyndt at tænke meget anderledes på øer som dynamiske frem for statiske. Her ses Galápagosøerne. (Foto: Shutterstock)

Der er mange tusinde øer på Jorden. Hver af dem er som en minatureverden - en nedskaleret model af de mange arter og det komplicerede samspil på kontinenterne.

Men kampen for overlevelse på øerne afspejler de udfordringer, alt levende på Jorden møder.

Lige siden evolutionsteoriens fædre, Darwin og Wallace, i 1800-tallet har øer fascineret forskere som 'naturens laboratorier' - små isolerede eksperimenter over livet, hvor evolutionen slår sig løs og afslører sin uhæmmede skaberkraft i et festfyrværkeri af smukke og forunderlige former.

Men de sidste 50 år har forskerne set på øerne med nye briller.

Bog om arternes samspil revolutionerede viden om øer

I 1967 udgav biologen Edward O. Wilson og matematikeren Robert H. MacArthur bogen 'Theory of Island Biogeography', der revolutionerede studiet af arternes komplekse samspil og satte det på en enkel matematisk formel.

Historien kort
  • I år fejres 50-året for en af de mest indflydelsesrige bøger om studiet af arternes mangfoldighed. 
  • Dengang viste bogen, hvordan udvikling af biodiversitet på øer kan puttes på formel og hjælpe med at forstå komplekse økologiske mønstre.
  • Dansk forsker giver overblik over de seneste års landvindinger i en artikel i det højt ansete tidsskrift Science.

»Den bog startede et kæmpe skred i, hvordan vi forstår både øer og økologien mere generelt,« siger adjunkt ved Center for Makroøkologi, evolution og klima på Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet, Michael K. Borregaard, som i anledning af bogens 50 års jubilæum er medforfatter på en oversigtsartikel i det højt ansete videnskabelige tidsskrift Science.

Med Wilson og MacArthur fik forskerne sat tal på økologien, og fra at være en hovedsageligt beskrivende videnskab kunne man skabe matematiske modeller med forudsigelser, som kunne testes og dermed belyse naturens underliggende processer.

Øer laboratorier natur økologi evolution arter udbredelse

Havleguanen (Amblyrhynchus cristatus) fra Galápagosøerne lever udelukkende af alger, som den afgræsser i havet. (Foto: Shutterstock)

Antallet af ø-arter er en dynamisk proces

Mest berømt beskrev Wilson og MacArthur, mangfoldigheden i naturen - altså antallet af forskellige arter - på øer som en dynamisk proces mellem indvandring og uddøen.

  • Indvandringsraten bestemmes af afstanden til fastlandet - jo mere isoleret, des færre nye arter vil indvandre.
  • Uddøelsesraten bestemmes af øens størrelse - jo mindre en ø er, des mere sårbare er arterne, fordi populationen vil være mindre.

Enkle koncepter uden krav om specifikke arter, som udfyldte bestemte roller, hvilket var nyt i den økologiske tænkning.

»Wilson og MacArthurs teori er skelsættende af flere grunde, blandt andet fordi den forklarer artsrigdom som et dynamisk - ikke statisk - produkt af aktive, økologiske processer,« siger professor Jens-Christian Svenning, Institut for Bioscience - Økoinformatik og biodiversitet, Aarhus Universitet.

»Og så har dens fokus på betydningen af processer og faktorer på stor skala for lokale biologiske samfund også haft stor betydning for, hvordan man tænker og planlægger naturbevarelse.«

Geologi og biologi er vævet sammen

Teorien er indarbejdet i alle lærebøger, men de seneste 5-10 år har forskerne kraftigt udbygget den og er nået frem til et meget mere nuanceret billede, hvor man tager det lange tidsperspektiv med for at forstå det fulde billede.

Forskerne har opdaget, at øernes geologiske livscyklus over mange millioner af år - fra de rejser sig op af havet, til de eroderer og forsvinder igen - spiller en helt afgørende rolle.

»Man plejer at tænke på de ting som meget adskilte processer, men det viser sig, at øernes geologiske liv og det biologiske liv i virkeligheden er meget tættere vævet sammen, end man har ment,« siger Michael Borregaard.

»Det er blevet tydeligt de sidste fem år, at vi ikke kan forstå øerne, hvis ikke vi tager de tværfaglige briller på og får alle aspekter med.« 

Øer laboratorier natur økologi evolution arter udbredelse

Den røde klippekrabbe (eller Sally Lightfoot-krabbe) er en af de karakteristiske arter for Galápagosøerne. (Foto: Shutterstock)

En ø fra vugge til grav

For at forstå evolutionen på øerne - og som model til at forstå de mere komplekse processer med mange flere arter på kontinenterne - er forskerne begyndt at tænke meget anderledes på øer som foranderlige frem for som en kasse - et stort område -  med arter, der var relativt statisk.

»Især øer midt i oceanerne er ikke bare knækket af kontinenterne. Nej, de opstår simpelthen - vokser op nede fra havbunden og har en livscyklus, som spiller en vigtig rolle for dyr og planter,« siger Michael Borregaard.

I de klassiske eksempler på øer med forunderlig biodiversitet, som Galápagosøerne, Hawaii og De Kanariske Øer, er øerne opstået ved vulkansk aktivitet på havbunden.

Fra Jordens varme indre spys materiale ud og bygges op, indtil det til sidst bryder havoverfladen, og en helt spæd ø er født og ligger nøgen, så livet kan ankomme dertil og slå rod.

Øen bliver ved med at vokse som en teenager, indtil kontinentalpladen drejer den væk fra hotspottet på havbunden og stopper tilførslen af nyt materiale.

Så er øen på vej mod alderdommen, hvor den langsomt eroderer bort og til sidst helt forsvinder i havet sammen med livet på den.

De geologiske processer undervejs i øens livscyklus har vist sig at være vigtige for artsdannelsen og livets mangfoldighed.

Erosion og bjerge øger arterne

Et vigtigt eksempel er den måde, øerne eroderer væk på. Når øerne slides af vejr, vind og floder, er det ikke en jævn nedslibning, der efterlader øen fladere og fladere.

Derimod dannes typisk mange bjergtoppe og dale, som betyder, at medlemmer af samme dyre- eller planteart begynder at leve i hver deres dal uden at komme i kontakt med de andre af samme art ovre i nabodalen.

Dermed fremmer geologien direkte dannelsen af nye arter, fordi når populationerne har været isoleret længe nok, vil de ikke få levedygtigt afkom, selv om de skulle mødes igen.

Øer laboratorier natur økologi evolution arter udbredelse

Øer som Galápagosøerne, Hawaii og De Kanariske Øer er opstået gennem vulkansk aktivitet på havbunden. (Foto: Shutterstock)

Geologiens forskellige levevilkår fremmer også artsdannelsen

En anden vigtig geologiske proces er sammenspillet med vind- og skysystemer - når øerne bliver høje nok, tvinger de luftstrømmene op i de koldere luftlag, og det giver regnskyer.

Helt typisk, f.eks. på De Kanariske Øer, er den ene side af øen kold, frodig og fuld af natur, mens den anden side er varm, tør og gold (og fuld af turister).

På den måde skaber geologien vidt forskellige levevilkår og udfordringer, som igen fremmer artsdannelsen.

Arter på øerne udvikler sig hurtigt til nye arter

I forhold til Wilson og MacArthurs oprindelige model skaber den nyudbyggede model plads til flere arter, end der når at ankomme fra fastlandet, hvis øen er isoleret nok.

Der kan forskerne se, at artsdannelsen kan gå meget hurtigt på selve øen og dermed udfylde de tomme nicher, snarere end at vente på nye indvandrere.

»Her får man alle de meget specielle ø-arter, som simpelthen udvikler sig på øen selv,« siger Michael Borregaard.

Et klassisk eksempel er bananfluer på Hawaii, hvor der findes ekstremt mange bananflue-arter - over 1.000. Alle er udsprunget fra den samme oprindelige indvandrer-bananflue og er simpelthen lykkedes med at indtage et væld af åbne nicher, og de fleste er i dag meget specialiserede, f.eks. til nektar fra lige præcis én blomsterart.

Så evolutionen af arter lokalt har også vist sig at være en vigtig tilføjelse til den oprindelige model over mangfoldigheden.

Øer laboratorier natur økologi evolution arter udbredelse bananflue hawaii

På Hawaii findes over 1.000 bananflue-arter, der alle er udsprunget fra den samme oprindelige indvandrer-bananflue. Her ses Bactrocera dorsalis. (Foto: Wikimedia commons)

 

Genetikken afslører, at øer ikke bare er blindgyder

Men der er mere, for genetikken har også afsløret nye, uventede sider af øernes liv og evolution.

Med genetiske data kan forskerne i dag finde ud af, hvor dyrene kommer fra, og hvem de er beslægtede med. Og hvor man traditionelt har haft et billede af øer som evolutionære blindgyder, hvor en art ankom og levede, indtil den uddøde, viser det sig at det langt fra altid passer.

»Det er faktisk overhovedet ikke usædvanligt, at arter kommer ud på en ø og så kommer tilbage og koloniserer store landområder,« siger Michael Borregaard.

På den måde kan øerne og deres specielle dynamik faktisk spille en bredere rolle for livet, også på kontinenterne.

Man har f.eks. opdaget, at en gruppe af sangfuglene er udviklet på øer som Ny Guinea og derfra er spredt ud i resten af verden.

»En vild hypotese er faktisk, at gruppen af alle sangfugle, dvs. 5.000 af de 10.000 nulevende fuglearter, kan være startet på øer ved Ny Guinea og Australien,« siger Michael Borregaard og peger på, at det formentlig er sket inden for de sidste 40 millioner år.

»Ideen er, at ø-dynamikken har hjulpet fuglene til at danne nye arter, og til at de kunne sprede sig og komme ud i hele verden. Men det er stadig en omdiskuteret teori.«

Øer laboratorier natur økologi evolution arter udbredelse fugle ny guinea hypotese

En omdikuteret hypotese lyder, at gruppen af alle sangfugle kan være startet på øer ved Ny Guinea og Australien. (Foto: Shutterstock)

 

På øer kan man se 'livets film' igen og igen

På den måde er øerne i dag mere end bare 'mini-kontinenter', og spørgsmålet er, om øerne med det mere nuancerede billede stadig kan ses som 'naturens laboratorier'.

Det mener Michael Borregaard godt, de kan. I hvert fald til en vis grad. Der er nemlig stadig tale om enklere processer med færre arter, og man kan se øerne som evolutionære tests eller eksperimenter.

Man kan så at sige identificere øer med ens karakteristika og så studere resultatet af et eksperiment gentaget på for eksempel 20 øer.

»Vi har kun én Jord og én evolutionshistorie. Men på øer har du faktisk en helt bestemt geologisk livscyklus, så du kan finde mange øer, som har samme livscyklus og samme klima, og så kan man sammenligne de øer og sige noget statistisk om de processer, der kommer til at styre de samfund,« siger Michael Borregaard.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud