Variation provides opportunities for organisms in search for a place to live

~~ for Dutch scroll down ~~

Window of Opportunity
A seed seeking to nest in dry soil or a salt marsh plant exposed to strong forces of waves, all face harsh conditions under which they must try to settle. “All those organisms have to take advantage of what is called a window of opportunity”, Van Belzen says. “They have to have a favorable period that is long enough for their roots to grow in the dry or dynamic soil. Once their roots reach deep enough, they can again cope with tougher conditions. So it's not so much the average drought or the average strength of the waves that plays tricks on them, it's the distribution around those averages. Is there a period of suitable conditions that lasts long enough for them to take a chance?”

Mathematics
Van Belzen and colleagues have encapsulated this law into a mathematical formula that looks both simple and elegant: l=d/t. “But as simple as it looks, that's how long we've been philosophizing about it”, the researcher states. “This insight that you have to look for the window of opportunity, i.e. the chances for an organism, are relatively new in this field of research. Until now, we thought mainly in terms of ‘alternative states’, barren or vegetated, wet or dry. And those states could then turn towards each other via critical transitions, or tipping points. But how that works was not clear. By explicitly adding the variation in conditions to the theory, we can calculate the probability of such a critical tipping point occurring.”  

Determining needs
The formula of Van Belzen and colleagues is more than fodder for philosophers and mathematicians. It can also be used by fieldworkers, he emphasizes. The key lies in determining the timing of an organism's needs in relation to the climate. “For example, you must try to determine how long it takes for a plant to have roots long enough to reach groundwater, or how long it takes for a plant to get high enough to withstand grazing by animals. At the same time, you need to measure how long a period of drought can last or how often grazers pass by, including the spread therein. Within that spread, you can then take targeted measures as a terrain manager, to increase the chances for an organism, for example by giving extra water or by keeping grazers away.”

Expressed in the mathematical formula l=d/t, l is then the speed at which the roots grow in cm/day, d the groundwater depth during dry conditions in cm and t the time in days that the plant has the chance to grow undisturbed. “By looking through these mathematical glasses, you can get more than an educated guess on the chances of an organism to settle”, Van Belzen says.

Variatie biedt kansen voor organismen die zich willen vestigen

De zomers worden gemiddeld heter, buien worden steviger en de zeespiegel komt steeds iets hoger. “Maar het zijn niet alleen die veranderende gemiddelden die bepalen of een organisme zich ergens kan vestigen of niet. Het gaat vaak juist om de spreiding rond het gemiddelde.” Dat zeggen ecoloog Jim van Belzen, ecoloog bij het NIOZ in Yerseke en collega’s in een recente publicatie in het Journal of the Royal Society Interface.

Window of Opportunity
Een zaadje dat zich in een droge bodem wil nestelen of een kwelderplant die bloot wordt gesteld aan sterke of minder sterke krachten van golven, allemaal hebben ze te maken met ruwe omstandigheden waaronder ze zich moeten proberen te vestigen. “Al die organismen moeten profiteren van een zogeheten window of opportunity”, zegt Van Belzen. “Ze moeten een gunstige periode hebben die lang genoeg is om hun worteltjes in de dynamische of juist droge bodem te laten groeien. Zitten ze eenmaal stevig genoeg in de bodem, of reiken hun worteltjes diep genoeg, dan kunnen ze weer zwaardere omstandigheden aan. Het is dus niet zozeer de gemiddelde droogte of de gemiddelde kracht van de golven die hen parten speelt, het gaat om de spreiding. Is er een periode van geschikte condities die lang genoeg duurt om een kans te pakken?”

Wiskundige formule
Van Belzen en collega’s hebben deze wetmatigheid in een wiskundige formule gevat die even eenvoudig als elegant is: l=d/t. “Maar zo eenvoudig als hij eruit ziet, zo lang hebben we erover gefilosofeerd”, stelt de onderzoeker. “Het inzicht dat je moet zoeken naar de window of opportunity, dus naar de kansen voor een organisme, zijn relatief nieuw in dit onderzoeksveld. Tot nu toe dachten we vooral in ‘alternatieve toestanden’, kaal of begroeid, nat of droog. En die toestanden zouden dan via kritische kantelpunten naar elkaar kunnen omslaan. Maar hoe dat werkt was niet duidelijk. Door nu de variatie in condities expliciet toe te voegen aan de theorie, kunnen we de kans berekenen dat er zo’n kritisch kantelpunt plaatsvindt.”   

Behoeften bepalen
De formule van Van Belzen en collega’s is meer dan voer voor filosofen en wiskundige. Ook beheerders kunnen er iets mee, benadrukt hij. De sleutel zit hem in het bepalen van de timing van een organisme ten opzichte van het klimaat. “Je moet bijvoorbeeld proberen te bepalen hoe lang het duurt voor een plant worteltjes heeft die lang genoeg zijn om bij het grondwater te komen, of hoe lang het duurt voor een plant hoog genoeg is om begrazing door dieren te doorstaan. Tegelijk moet je meten hoe lang een periode van droogte kan duren of hoe vaak er grazers langskomen, inclusief de spreiding daarin. Binnen die spreiding kan je dan als natuurbeheerder gerichte maatregelen nemen om de kansen voor een organisme te vergroten, bijvoorbeeld door extra water te geven of door grazers weg te houden.”

Uitgedrukt in de wiskundige formule l=d/t, is l dan de snelheid waarmee de wortels moeten groeien in cm/dag, d de grondwaterdiepte gedurende droogte in cm en t de tijd in dagen dat de plant de kans krijgt om ongestoord te groeien. “Met deze manier van kijken, krijg je een veel beter inzicht in het wel of niet kunnen vestigen van planten of andere organismen”, aldus Van Belzen.