אנו יודעים שקיים קשר בין שריפות להתחממות כדור הארץ, ובין התחממות כדור הארץ להתנהגות האדם. מה אומרת המתמטיקה על היחסים הללו? איך אפשר לתפוס אותם באופן כמותי?
אקולוגיה תיאורטית היא תחום שנמצא בין המתמטיקה לביולוגיה ומנסה להבין ולתאר יחסים הקיימים בטבע, כגון יחסים בין טורף לנטרף או בין כמות גזי החממה לטמפרטורה בכדור הארץ. אחד הכלים החשובים של האקולוגיה התיאורטית היא הסימולציה הממוחשבת, שבה מתארים באמצעות משוואות מידות חשובות כמו גודל אוכלוסיות או טמפרטורה ובודקים איך המידות הללו משתנות לאורך זמן ובתנאים מסוימים. כך אפשר לחזות את הכיוונים שבהם יתפתחו מערכות אקולוגיות.
התוצאות, כמובן, תלויות בהנחות שבחרנו, ואיש לא מבטיח שהן תואמות למציאות. בכל זאת, גם כך האקולוגיה התיאורטית יכולה לזהות קשרים חשובים בין תופעות משמעותיות, כגון עליית הטמפרטורה בעולם לעומת כמות הפחמן הדו-חמצני באוויר.
חינניות | התמונה לקוחה מוויקיפדיה; צולמה בידי Teun Spaans
מודל מעניין בפשטותו של אקולוגיה תיאורטית הוא מודל עולם החינניות שפיתח ג'יימס לאבלוק בשנת 1972. המודל הזה מתאר עולם שבו קיימים רק שני סוגים של צמחים – חינניות שחורות וחינניות לבנות. השחורות קולטות טוב יותר את אור השמש ומעלות את הטמפרטורה בסביבתן; הלבנות קולטות את אור השמש פחות טוב וגורמות לטמפרטורה נמוכה יותר בסביבתן.
ההתרבות של החינניות תלויה בטמפרטורה: חינניות שחורות מתרבות טוב יותר בטמפרטורה נמוכה בעוד החינניות הלבנות מתרבות טוב יותר בטמפרטורה גבוהה. בתחילת הסימולציה הטמפרטורה נמוכה מאוד ורק מעט חינניות שחורות שורדות. כשחלה עלייה קלה בעוצמת האור מהשמש, החינניות השחורות מתרבות, גורמות לטמפרטורה לעלות עוד יותר, ולכן לחינניות הלבנות קל יותר להתרבות והן מורידות את הטמפרטורה מעט בחזרה. באופן מפתיע, המערכת הפשוטה הזו, שכוללת רק ארבעה מרכיבים (עוצמת האור מהשמש, הטמפרטורה בעולם, כמות החינניות הלבנות וכמות החינניות השחורות) מייצבת את עצמה!
לכן עולם החינניות של לבלוק הוא דוגמה פשוטה ומרשימה למערכת שמארגנת את עצמה בעזרת היזון חוזר. ומה אפשר ללמוד ממודלים מסוגו? שלמערכות מורכבות יש יכולת איזון מוגבלת. כשעוצמת האור של השמש במודל ממשיכה לעלות, החינניות השחורות מתות, ואחריהם מתות החינניות הלבנות.
מודל לבלוק: הטמפרטורה כפונקציה של עוצמת אור עם חינניות ובלעדיהן | התרשים לקוח מוויקיפדיה; נוצר בידי אלכסנדר סטור
בעזרת המודל שלו רצה לבלוק להראות שהחיים יוצרים לעצמם את התנאים הטובים להם. ובקשר לבעיות האקולוגיות בארץ בימינו: אנו צריכים יערות (הידעתם שעץ אחד יוצר חמצן לעשרה אנשים לפחות?) והיער צריך אותנו ואת אחריותנו על הטבע.
ד"ר סבינה סגרה
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
תגיות:
