Desarrollo de un modelo para poblaciones de Mnemiopsis Leidy e implementación en un simulador

Abstract

Mnemiopsis leidyi is native ctenophore from estuaries and coastal, temperate and subtropical zones, along the Atlantic coast of North and South America. It is a species with high rates of feeding, growth and reproduction, and wide adaptability in a large range of environmental conditions. It has a high invasive potential. It was introduced into European waters in the early '80s, and first seen in the Alfacs Bay, Delta del Ebro, in 2009. The impact that this species has generated on both native and exotic habitats has caused major ecological imbalances. There are a wide variety of mathematical models with different approaches that have already been built for addressing marine ecosystems. The complexity of ecosystems makes it truly difficult to develop models that are useful for predictive purposes. None of the existing kinds of models (population, structured Individual Based Models - IbM -...) seems really suitable for this purpose. The building of a models' system for specific locations may be an appropriate strategy. In a models' structure, species with high growth rate are one of the essential elements, such as Mnemiopsis leidyi in the Mediterranean. This paper shows and evaluates the potential of individual-based models for the study of Mnemiopsis leidyi, with the development of a parameterized model using bibliographic information. Its implementation in the Netlogo platform allows studying the behaviour of the system and observing the different dynamics. We analysed the behaviour of the system from the mathematical structure of the model, clearly stating that it is a nonlinear model. Given the sensitivity of the various parameters involved, it has been possible to detect which are most relevant for the correct parameterization of the model, and what should be re-calibrated by specific experimental data from the Alfacs Bay.

Mnemiopsis leidyi és un ctenòfor natiu d'estuaris i zones costeres, temperades i subtropicals, al llarg de la costa atlàntica del nord i el sud d'Amèrica. Es tracta d'una espècie amb altes taxes d'alimentació, creixement i reproducció, i amb una àmplia adaptabilitat en el rang de condicions ambientals. És una espècie amb un gran potencial invasor, introduïda en aigües Europees a principis dels 80 i vista per primera vegada a la badia dels Alfacs, al Delta de l'Ebre, al 2009. L'impacte que aquesta espècie ha generat, tant en els seus hàbitats natius com en els exòtics, ha causat grans desequilibris ecològics. En l'àmbit dels ecosistemes marins existeix una gran diversitat de models matemàtics de diferents tipus mitjançant els quals es poden estudiar. La complexitat dels ecosistemes fa veritablement difícil el desenvolupament de models que siguin útils amb finalitats predictives. Cap tipus de model (poblacionals, estructurats, models basats en l'individu - IbMs, de l'anglès Individual based Models -...) sembla realment adequat amb aquesta finalitat. La construcció d'un sistema de models per a localitzacions concretes pot ser una estratègia adequada. En una estructura de models, les espècies amb una alta velocitat de creixement en són un dels elements imprescindibles, com Mnemiopsis leidyi al Mediterrani. Aquest treball mostra i avalua la potencialitat dels models basats en l'individu per a l'estudi de Mnemiopsis leidyi, amb el desenvolupament d'un model parametritzat mitjançant informació bibliogràfica. La seva implementació a la plataforma Netlogo permet estudiar el comportament del sistema i observar-ne les diverses dinàmiques. S'ha analitzat el comportament del sistema a partir de l'estructura matemàtica del model, constatant clarament que es tracta d'un model no lineal. Donada la sensibilitat dels diferents paràmetres s'ha pogut detectar quins són els mes rellevants per a la correcta parametrització del model, i que haurien de ser calibrats novament mitjançant dades experimentals específiques de la Badia dels Alfacs.

Mnemiopsis leidyi es un ctenóforo nativo de estuarios y zonas costeras, temperadas y subtropicales, a lo largo de la costa atlántica del norte y el sur de América. Se trata de una especie con altas tasas de alimentación, crecimiento y reproducción, y una amplia adaptabilidad en el rango de condiciones ambientales. Es una especie con gran potencial invasor, introducida en aguas Europeas a principios de los 80 y vista por primera vez en la bahía de Els Alfacs, el Delta del Ebro, en 2009. El impacto que esta especie ha generado, tanto en sus hábitats nativos como exóticos, ha causado grandes desequilibrios ecológicos. En el ámbito de los ecosistemas marinos existe una gran diversidad de modelos matemáticos de diferentes tipos mediante los cuales se pueden estudiar. La complejidad de los ecosistemas hace verdaderamente difícil el desarrollo de modelos que sean útiles con finalidades predictivas. Ningún tipo de modelo (poblacionales, estructurados, modelos basados en el individuo - IbMs, del inglés Individual based Models -...) parece realmente adecuado para esta finalidad. La construcción de un sistema de modelos para localizaciones concretas puede ser una estrategia adecuada. En una estructura de modelos, las especies de alta velocidad de crecimiento son uno de los elementos imprescindibles, como Mnemiopsis leidyi en el Mediterráneo. Este trabajo muestra y evalúa la potencialidad de los modelos basados en el individuo para el estudio de Mnemiopsis leidyi, con el desarrollo de un modelo parametrizado mediante información bibliográfica. Su implementación en la plataforma Netlogo permite estudiar el comportamiento del sistema y observar las distintas dinámicas. Se ha analizado el comportamiento del sistema a partir de la estructura matemática del modelo, constatando claramente que se trata de un modelo no lineal. Dada la sensibilidad de los distintos parámetros se ha podido detectar cuales son los más relevantes para la correcta parametritzación del modelo, y que deberían ser calibrados nuevamente mediante datos experimentales específicos de la Bahía de Els Alfacs.