Människor har en lång historia av att förfölja topprovdjur som vargar, tigrar och leoparder. Förlusten av dessa rovdjur – djur i toppen av näringskedjan – har resulterat i ekologiska, ekonomiska och sociala effekter runt om i världen. Sällan återhämtar sig rovdjuren helt från mänskligt förtryck, och, när de gör det, vi saknar ofta data eller verktyg för att bedöma deras återhämtning.

Havsuttern i Glacier Bay, Alaska, är ett undantag. I en nyligen genomförd studie, vårt team skildrade den otroliga återkomsten av havsutter till ett område där de har varit frånvarande i minst 250 år.

Vårt tillvägagångssätt – som smälter samman matematik, statistik och ekologi – kan hjälpa oss att bättre förstå havsutterns roll i marina ekosystem och spetspredatorernas förmåga att återvända till ett ekosystem efter att de har varit frånvarande. Det kan till och med hjälpa oss att lära oss vad ett förändrat klimat betyder för många andra arter.

Återvänd till Glacier Bay

Även om det inte brukar ses i samma veva som vargar, tigrar och leoparder, Havsutter är ett apex-rovdjur i det marina ekosystemet nära kusten - det smala bandet mellan land- och oceanlivsmiljöer.

Under den kommersiella maritima pälshandeln på 1700- och 1800-talen, Havsuttrar jagades nästan till utrotning i hela sitt utbredningsområde i norra Stilla havet. År 1911, endast en handfull små isolerade populationer återstod.

Men havsutterbestånden har återhämtat sig i många områden, tack vare några ändringar. Det internationella pälssälfördraget 1911 skyddade havsutter från de flesta mänskliga skördar. Vilda organ gjorde också en ansträngning för att hjälpa till att återkolonisera havsutter.

Så småningom, havsutter började öka i överflöd och utbredning, och de tog sig till Glacier Bay, en tidvattenglaciärfjord och nationalpark i sydöstra Alaska. Glacier Bay är funktionellt ett av de största marina skyddade områdena på norra halvklotet.

Glacier Bay var helt täckt av glaciäris fram till cirka 1750 – ungefär samtidigt försvann havsutter från det omgivande området på grund av överskörd. Den fick sedan utstå den snabbaste och mest omfattande reträtt av tidvattenglaciären i historien. Efter glaciärens reträtt, en rik miljö uppstod. Denna nya miljö stödde höga koncentrationer av vilda djur, inklusive havsutterbytesarter – såsom krabbor, blötdjur och sjöborrar – som kunde öka i storlek och överflöd i frånvaro av havsutter.

Havsuttrar dök upp igen vid mynningen av Glacier Bay 1988. Här mötte de stora livsmiljöer, rikliga bytespopulationer och skydd från all mänsklig skörd.

Vårt tillvägagångssätt

Det är utmanande att uppskatta hur befolkningen växer och sprids, på grund av deras dynamiska natur. Varje år, djur flyttar till nya områden, öka mängden yta och ansträngning som krävs för att hitta dem. Flygplan som söker efter havsutter måste täcka mer mark, vanligtvis med lika mycket tid och pengar. Dessutom, individer kan flytta från ett område till nästa under vilken tidsperiod som helst av ett antal skäl, inklusive havsutters sociala beteende och deras reaktion på miljön. Eftersom dessa utmaningar kan störa korrekta befolkningsuppskattningar, det är viktigt att förstå och ta itu med dem.

Strax efter att havsutter anlände till Glacier Bay, forskare från U.S. Geological Survey började samla in data för att dokumentera deras återkomst. Även om uppgifterna tydligt visade att havsuttern ökade, vi behövde nya statistiska metoder för att avslöja omfattningen av denna ökning.

Först, vi utvecklade en matematisk modell med partiella differentialekvationer för att beskriva havsutters tillväxt och spridning. Partiella differentialekvationer används vanligtvis för att beskriva fenomen som vätskedynamik och kvantmekanik. Därför, de var ett naturligt val för att beskriva hur en massa – i vårt fall, havsutterpopulationen – sprider sig genom rum och tid.

Det nya tillvägagångssättet gjorde det möjligt för oss att införliva vår nuvarande förståelse av havsutterns ekologi och beteende, inklusive habitatpreferenser, maximala tillväxthastigheter och där havsutter först observerades i Glacier Bay.

Andra, vi inkorporerade våra ekvationer i en hierarkisk statistisk modell. Hierarkiska modeller används för att dra slutsatser från data som härrör från komplexa processer. De ger flexibilitet att beskriva och skilja mellan olika källor till osäkerhet, såsom osäkerhet i datainsamling och ekologiska processer.

Partiella differentialekvationer är inte nya inom ekologiområdet, går tillbaka till åtminstone 1951. Emellertid, genom att smälta dessa ekvationer med formella statistiska modeller, vi kan på ett tillförlitligt sätt sluta sig till dynamiska ekologiska processer, samtidigt som vi på lämpligt sätt kvantifierar den osäkerhet som är förknippad med våra resultat. Det ger ett datadrivet sätt att analysera undersökningar av havsutters överflöd under de senaste 25 åren.

Detta gav oss rigorösa och ärliga uppskattningar av kolonisationsdynamiken som inkorporerade vår förståelse av det ekologiska systemet.

En rekordstor återhämtning

Genom att använda vårt nya tillvägagångssätt, vi upptäckte att populationen av havsutter i Glacier Bay ökade med mer än 21 procent per år mellan 1993 och 2012.

Som jämförelse, de beräknade tillväxthastigheterna för havsutter i andra populationer i Alaska, som också höll på att återhämta sig, har begränsats till 17 till 20 procent. Vidare, den maximala biologiska reproduktionshastigheten – den snabbaste hastigheten havsuttern kan fortplanta sig – är mellan 19 och 23 procent per år. Det betyder att havsutterns tillväxttakt i Glacier Bay var nära eller högst, och större än någon registrerad havsutterpopulation i historien.

I kölvattnet av glaciärens reträtt, Havsuttern gick från obefintlig till att kolonisera nästan hela Glacier Bay på 20 år. I dag, de är ett av de mest förekommande marina däggdjuren i Glacier Bay. Nyligen genomförda observationer har dokumenterat stora grupper av mer än 500 havsutter i vissa delar av nedre Glacier Bay, vilket tyder på att bytesresurserna är rikliga.

Sammanslagningen av state-of-the-art statistiska och matematiska metoder skildras, för första gången, hur extraordinär tillväxten och spridningen av denna befolkning var.

Havsuttrar hade stor framgång i kölvattnet av tidvattenglaciärens reträtt i Glacier Bay. Även om klimatinducerad förlust av havsis kan påverka vissa vidsträckta spetsrovdjur negativt – såsom isbjörnar eller valrossar – kan andra arter dra nytta av uppkomsten av nytillgängliga livsmiljöer och bytesresurser.

Människor har orsakat den globala nedgången av apex-rovdjur, och dessa nedgångar är ofta svåra att vända. Dock, våra resultat tyder på att när det finns minimal mänsklig inblandning, apex predatorer kan vara mycket framgångsrika när det gäller att återkolonisera lämpliga livsmiljöer.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.