Modellering

Havpattedyrene reagerer i mange tilfælde på støj, påvirkes af ændringer i fødetilgængelighed som følge af fiskeri mv., og nogle bliver endda bifanget i fiskeredskaber. For at forstå hvordan alle disse faktorer spiller sammen, er det nødvendigt at benytte forskellige typer statistiske og dynamiske modeller. Vores modellerings-værktøjskasse råder over modelleringstilgange på det både individuelle niveau, såsom Individual-Based Modelling (IBM), dynamic energy budget (DEB), Physiologically-Based PharmacoKinetic (PBPK) modellering og Stable Isotope Mixing (SIM) modellering, og på populations-niveau i form af f.eks. populations-effekt modellering, samt på økosystem-niveau vis f.eks. Ecological Network Analysis (ENA). Via dette arbejde søger vi altså bl.a. at skalere adfærd og sundhedsmæssige effekter på det individuelle niveau op, til populations og økosystem-niveau. 

Anvente modellerings typer


Dynamic Energy Budget (DEB)

Dynamic Energy Budget (DEB) modellerer energistrømmen gennem levende organismer samt fysiologiske processer i form af vækst, udvikling, reproduktion, fysiologisk vedligeholdelse mm. DEB teorien giver en mekanistisk-baseret ramme til at modellere interaktioner mellem økologi, toksikologi og metaboliske processer i hele livscyklussen for en given organisme.

Læs mere

Klassiske tilgange indenfor økotoksikologi er afhængige deskriptive teknikker for at vurdere observerede virkninger (f.eks. EC50, NOEC, ...). Det store problem med disse deskriptive tilgange er, at de ignorerer vigtige interaktioner mellem økologi og toksikologi som de findes i den virkelige Verden. De kan derudover heller ikke give indsigt i de processer der ligger til grund for toksiske effekter. Dynamic Energy Budget (DEB) teori, løser mange af manglerne i den deskriptive toksikologiske metode. Dette sker ved hjælp af proces- og/eller mekanisme-baserede modellerings tilgange, der tager højde for interaktioner mellem dyrenes økologi, toksikologi og metaboliske processer, for hele livscyklussen af en given organisme.

DEB modeller studerer strømmen af ​​energi gennem levende organismer. Dette vedrører nemlig vigtige individuelle og populationsmæssige fysiologiske processer, såsom organismens/dyrets vækst, udvikling, reproduktion og generelle vedligeholdelse. Tilpasningsevnen af DEB til at kunne arbejde med enhver given art, samt modelleringens evne til at inkorporere naturlige såvel som menneskeskabte stressfaktorer, er grunden til at vi har medtaget den i vores forskning af vildtlivssundhed.

Anvendelsen af ​​DEB modeller for at studere vildtlivssundhed er et relativt nyt felt, og vi er først lige begyndt at udforske denne niche i vores forskning. Vi bruger DEB at modellere vækst, udvikling og reproduktion af dyr over deres levetid, og vi bruger derefter denne sundheds-baseline til at studere virkningerne af diverse naturlige og menneskeskabte stressfaktorer. Vi indarbejder toksiko-kinetik til at modellere ophobningen af miljøgifte i vildtliv over tid, samt toksiko-dynamik til at modellere hvordan akkumulerede miljøgifte påvirker specifikke og væsentlige økologiske og fysiologiske parametre i modellen. Når miljøgiftenes specifikke toksiske virkemåder er ukendte, bliver vi nødt til at bruge mønster-orienterede analyser til at bestemme hvilke parametre der er mest tilbøjelige til at forårsage de observerede virkninger. Fremtidigt arbejde vil kombinere denne dynamiske model for miljøgift-eksponering med andre stressfaktorer, og vil knytte DEB til populations-effekt-modeller.


Stable isotop mixing (SIM)

Stabile isotoper, især af kulstof (C) og kvælstof (N), er etablerede bio-geo-kemiske indikatorer til at udlede trofiske (fødekæde) niveauer- og interaktioner. Belysningen af disse stabile isotopers blandingsforhold i biosfæren er vigtigt for at kunne identificere retningen af interaktioner i fødekæden samt arter der er involveret i specifikke trofiske netværk.

Læs mere

I vores forskning beskæftiger vi os med denne modelleringsteknik for at rekonstruere et individs trofiske interaktioner og hvordan fødekædens karakter influerer strømmen af energi og ophobningen og spredningen af miljøgifte og sygdomme (inkl. zoonoser).

Stabile isotoper af samme grundstof, deltager i samme biokemiske reaktioner, men ved lidt forskellige hastigheder. Som følge af deres masseforskel, fraktionerer [word explanation?] de dog på en forudsigelig måde. Denne forudsigelighed af fraktioneringen tillader trofiske økologer at bruge forhold mellem bestemte stabile isotoper, især af kulstof og kvælstof, som biogeokemiske indikatorer for et individs valg og variation i føde-økologi. Valg af føde kan dog ændre sig meget mellem individer af samme art, hvilket kan tilsløre den relative betydning af føden i forbindelse med f.eks. bioakkumulering af miljøgifte, men også sygdomme. Stable Isotope Mixing Models (SIMMs) er den matematiske løsning på dette problem.

Vi bruger typisk SIMMs til at rekonstruere enkelte individers fødemønstre i Arktis, Østersøen og nordisk vildtliv, dog med særligt fokus på top-predatorer såsom isbjørn (Ursus maritimus), narhval (Monodon monoceros) og spækhugger (Orcinus orca), og fugle, såsom havørnen (Haliaeetus albicilla) og Natugle (Strix aluco). Vi arbejder derudover med at udvide den rutinemæssige tostrengede tilgang, som inkluderer kulstof og kvælstof, til en triple-isotop strategi, der inkorporerer svovl (S). Vi udforsker også stabile isotoper i f.eks amino- og fedtsyrer for bedre at forstå fødekæde-relationer, og i sidste ende forbedre vores analyse og forståelse af det større økologiske netværk.

 

PROJEKTER: BONUS BaltHealth, EcoStress, EnviStress, EiderHealth, NOW, NØG, UNEXPECTED
KONTAKT: Igor Eulaers (ie@bios.au.dk)


Netværk økologisk analyse (ENA)

Et økologisk netværk er en repræsentation af de abiotiske og biotiske interaktioner der findes i en fødekæde eller et økosystem. En økologisk netværksanalyse giver en teoretisk ramme, hvorved et økologisk system kan blive kvantitativt beskrevet, og det giver dermed mulighed for et mekanistisk udgangspunkt til at undersøge stressor-inducerede ændringer på økosystem-niveau.

Læs mere

Et økologisk net er en repræsentation af de biotiske interaktioner i et økosystem, hvor arter (noder) er forbundet med interaktioner (links). I vores forskning har vi fokus på trofiske økologiske netværk, dvs. fødekæder, der er rettet (flusmidler snarere end blot relationer) og vægtet (herunder intensiteten af ​​flux). Som sådan, vi rekonstruere den rumlige og tidslige variation i flux af energi, forurenende stoffer og zoonoser i fødekæden. Af særligt fokus er, hvordan netværket struktur og dynamik kan være påvirket af menneskeskabte aktiviteter og et skiftende abiotiske miljø, såsom globale klimaændringer. Disse forskningsspørgsmål er specielt anvendt for de arktiske og baltiske økosystemer som disse er relativt godt forstået økosystemer inden meget varierende, meget stressede (naturligt og menneskeskabt) og hastigt skiftende miljøer. Endelig konstruktionen af ​​Arktis og baltiske netværk bruger triple og sammensatte-specifikke stabile isotoper blande modeller.

PROJEKTER: BONUS BaltHealth, NOW, NØG
KONTAKT: Igor Eulaers (ie@bios.au.dk)


Agentbaseret/Individbaseret modellering (IBM)

Vi bruger agentbaserede modeller til analyse af hvordan menneskeskabte forstyrrelser påvirker populationer af havpattedyr. I sådanne modeller bliver hvert dyrs bevægelsesmønstre, energitik og overlevelse bliver simuleret eksplicit. Vi har blandt andet brugt modellerne til at undersøge hvordan marsvinepopulationer bliver påvirket af bygning af havvindmølleparker og af bifangst i fiskenet. Vi deltager i internationalt samarbejde som for yderligere information om projektet gå til Depons hjemmeside. Se et eksempel på Agentbaseret modellering her eller i toppen af denne side.

Tutorial

Agent-baseret modellering


Populations udvikling og effekter

Populations effekter

Modellering af populations-effekter kan ekstrapolere effekter vi observerer på et individuelt niveau til populations-niveau, i relation til beskyttelse og bevarelse af udvalgte dyrearter og økosystemer. De forskellige modeller tilbyder alle en platform til at belyse hvordan forskellige naturlige og menneskeskabte ”stressere”, påvirker vigtige faktorer for populations-bæredygtighed og vækst.

Læs mere

Populationsmodeller er fælles for vurdere væksten af ​​populationer af dyr af interesse givet et bestemt sæt af observerede demografiske parametre. Disse modeller giver uvurderlig indsigt i, hvordan demografiske parametre form populationsdynamik over tid. Selvom der findes mange data om, hvordan visse naturlige og menneskeskabte stressfaktorer indflydelse molekylære, cellulære og endda individuelle plan fitness, meget mindre er tilgængelig på hvordan disse effekter oversætte til befolkningen skala, hvilket er mere relevant for reguleringsorganer og bevarelse indsats.

Vi bruger populationsmodeller at ekstrapolere de virkninger, vi observerer på flere niveauer af organisationen under felt dyreliv helbredskontrol, kontrollerede fodringsforsøg eller in vitro-eksperimenter. Vores fokus er på, hvordan forureninger påvirke visse fysiologiske processer, der har befolkningens niveau konsekvenser. Vi arbejder med samarbejdspartnere fra University of St-Andrews Sea Mammal Research Unit at implementere nye population-effekt modeller, der inkorporerer reproduktionstoksicitet, immunotoksicitet og patogen eksponering i stærkt eksponering marine pattedyrarter. Vi arbejder også i Østersøen, hvor flere stressfaktorer, herunder forurenende stoffer, patogener og miljøændringer, handle i fællesskab for at påvirke dynamikken i lokalbefolkningen.

PROJEKTER: BONUS BaltHealth, JP PhD, UNEXPECTED
KONTAKT: Jean-Pierre Desforges (jpd@bios.au.dk), eller Rune Dietz (rdi@bios.au.dk)


Modellering af bevægelsesmønstre

Modellering af bevægelsesmønstre bruges til at beskrive, hvordan variationen af et dyrs adfærd, er relateret til de omgivende miljøfaktorer eller til dyrets behov, som fx sult eller træthed. Bevægelse og dykkemønstre kan ofte bruges til at identificere typen af adfærd og kan sammen med de miljømæssige betingelser være med til at bestemme vigtige foragerings- og hvileområder. Analyser af hvor store de områder er som dyrerne benytter (ofte kaldet "home ranges") bliver ofte benyttet til at beskrive den rumlige variation af arternes fordeling. Vi har benyttet denne type modellering til at identificerer marsvins adfærd (se artikel) samt beskrevet hvordan home range størrelsen hos isbjørne (se artikel) er relateret til variationer i miljøet samt mængden af tilstedeværende miljøgifte. 


Modeller for rummelig fordeling

Disse modeller bruges til at beskrive rumlige variationer i arters fordeling eller ressourceudnyttelse. Typisk bruges kendte sammenhænge mellem arters forekomst og forskellige miljøparameter til statistisk at forudsige sandsynligheden for at arten forekommer i andre områder. Vi har brugt rumlige modeller i en række projekter, blandt andet til kortlægning af marsvins fordeling i Nordsøen og til at beskrive variationer i sælers fødesøgningsadfærd.


Fysiologisk farmakokinetik (PBPK)

Vi anvender en fysiologisk farmakokinetisk (PBPK) model til at vurdere risiko og effekter af miljøgifte i vilde dyr og mennesker. Vi har foretaget vurderingen på fugle, sæler, hvaler, isbjørne, slædehunde og mennesker. Den store fordel ved modellen er at den kan differentiere mellem de enkelte miljøgifte i en cocktail. Modellen er baseret på en masse balance mellem kroppens forskellige væv og organer. På den måde kan vi beregne om en daglig dosis eller en vævskoncentration er giftig og har en effekter på immun, reproduktionssystemet eller forekomsten af kræft.