AMSTERDAM - Er zijn universele indicatoren die aangeven of een systeem dreigt om te vallen,

Dat schrijven wetenschappers van de Wageningen University deze week in het tijdschrift Nature.

Dit is af te leiden uit de snelheid waarmee een systeem herstelt van verstoringen.

De nieuwe theorie voorspelt dat er universele waarschuwingssignalen kunnen zijn die gelden in elk systeem met een kantelpunt.

Kantelpunten

Een kantelpunt is een moment waarop een systeem zo veranderd is, dat herstel niet meer mogelijk is. Een wijnglas kan bijvoorbeeld net niet omvallen als er tegenaan gestoten wordt, dan is het kantelpunt niet bereikt, maar als het net iets te ver overhelt, valt het om.

Dit soort gebeurtenissen vindt in tal van systemen plaats, zoals in de hersenen, in ecosystemen, bij het klimaat, in een samenleving of bij een financiële crisis.

Critical Slowing Down

De basis van de theorie is het verschijnsel ‘critical slowing down’ (kritieke vertraging). Daarbij komt het er op neer dat de herstelsnelheden systematisch zouden moeten afnemen als een kantelpunt dichterbij komt.

Iets herstelt nog wel, maar steeds langzamer tot er een moment komt dat herstel niet meer optreedt.

Blauwalgen

Voor hun studie gebruikten de onderzoekers een experimenteel ecosysteem om de wiskundige voorspelling in een levend systeem aan te tonen. Het ecosysteem in het laboratorium kent een klassiek kantelpunt.

De onderzoekers plaatsten een vat met een bepaalde soort cyanobacteriën (bekend als blauwalg) op een plek waar als enige variabele de lichtintensiteit veranderde door langzaam de lichtsterkte op te voeren. Uiteindelijk stortte de populatie in door te veel licht: het kritieke punt was bereikt.

Promovenda Annelies Veraart vertelt dat ze zelf verbaasd waren hoe goed de voorspellingen bevestigd werden door het experiment. De onderzoekster bracht elke vierde dag een verstoring aan in het ecosysteem dor tien procent van de bacteriepopulatie te verwijderen.

“Aanvankelijk herstelde de bacteriepopulatie hier snel van,” licht zij toe. “Maar we zagen dat de populatie steeds langzamer herstelde naarmate het licht sterker werd en het kantelpunt dichterbij kwam.”

Experiment

Het expermimentele bewijs vormt een belangrijke pijler onder het onderzoek van het Wageningse onderzoeksteam. “Toen we de theorie in 2009 in Nature publiceerden deed dat veel stof opwaaien,” zegt onderzoeksleider Marten Scheffer.

“Dat is geen wonder, want het aantal potentiële toepassingen is enorm. Dit experimentele bewijs van de belangrijkste basis van de theorie schept vertrouwen in de mogelijkheden voor verdere vertaling naar de praktijk.”

De onderzoekers hadden al eerder laten zien dat de voorspellende waarschuwingssignalen optreden in klimaatsfluctuaties die vooraf gaan aan grote klimaatsomslagen in de geschiedenis van de aarde.

De nieuwe stap is toch cruciaal. “Experimentele toetsing is nu eenmaal essentieel, en dat kan alleen als je een systeem goed in de vingers hebt. Het is daarom ook zo mooi dat we experimentele ecologen en de theoretici hier bij elkaar hebben,” zegt Scheffer.

Lees ook: Spinozawinnaars gaan migraine te lijf