17.04.2023 Скопје
Нејасните бумбари, како ситни портокалови овци, летаат меѓу лилјаните кои го покриваат долниот дел од аргентинската шума, оплодувајќи ги цвеќињата и добиваат храна за себе. Во древна ливада со сено во Англија, танцовите муви – кои повеќе личат на гломазни комарци отколку на балерини – ловат цветови со полен, игнорирајќи ги цвеќињата богати со нектар во близина. На карпест остров на Сејшелите, пчелите и молците внимателно ги берат своите цвеќиња; бројот и видовите на опрашувачи влијаат на тоа кои растенија се прилепуваат на карпите.
Овие видови на интеракции помеѓу видовите, кои еколозите на терен совесно ги забележуваат во нивните набљудувања, може да изгледаат незначителни, земени поединечно. Сепак, збирно, тие ја опишуваат деталната динамика на интеракциите на видовите што го сочинуваат екосистемот.
Таа динамика е критична. Многу природни средини се неверојатно сложени системи кои се колебаат во близина на „пресвртна точка“ на речиси неповратна транзиција од една посебна состојба во друга. Секој нарушувачки шок – предизвикан од шумски пожари, бури, загадување и уништување на шумите, но исто така и од загуба на видови – ја нарушува стабилноста на екосистемот. Помината од превртната точка, закрепнувањето е често невозможно.
Тоа е како да навалите чаша вода, објасни Ѓерги Барабас, теоретски еколог од Универзитетот Линкопинг во Шведска. „Ако го туркаме малку, ќе се врати“, рече тој. „Но, ако го туркаме предалеку, ќе се преврти“. Штом стаклото ќе се преврти, малото притискање не може да го врати стаклото во исправена положба или пак да го наполни со вода.
Сè поитно е да се разбере што ги одредува овие еколошки превртувачки точки и нивното време. Широко цитирана студија од 2022 година покажа дека дождовната шума во Амазон навлегува на работ на преминот во суви пасишта, бидејќи уништувањето на шумите и климатските промени ја прават сушата почеста и посилна на поголеми површини. Ефектите од таа транзиција би можеле да се прошират на глобално ниво на други екосистеми.
Неодамнешното откритие во математичкото моделирање на екосистемите би можело за прв пат да овозможи прецизно да се процени колку екосистемите се блиску до катастрофалните превртувачки точки. Применливоста на откритието сè уште е остро ограничена, но Џианкси Гао, мрежен научник во Политехничкиот институт Ренселаер кој го водеше истражувањето, се надева дека со текот на времето ќе биде можно научниците и креаторите на политиките да ги идентификуваат екосистемите кои се најзагрозени и да ги приспособат интервенциите за нив.
„Математичките модели во принцип можат да им овозможат на научниците да разберат што ќе биде потребно за да се сврти системот. Оваа способност за предвидување често се дискутира во контекст на климатските модели и ефектот на затоплувањето на големите геофизички системи, како што е топењето на мразот на Гренланд. Но, превртувањето на екосистемите како што се шумите и ливадите е веројатно потешко да се предвиди поради извонредната сложеност што доаѓа со толку многу различни интеракции“, рече Тим Лентон, кој работи на климатски превртливи точки на Универзитетот во Ексетер во Англија.
Можеби ќе бидат потребни илјадници пресметки за да се доловат карактеристичните интеракции на секој вид во системот, рече Барабас. Пресметките ги прават моделите неизмерно сложени, особено кога големината на екосистемот се зголемува.
Минатиот август во Nature Ecology & Evolution, Гао и меѓународен тим на колеги покажаа како да склопат илјадници пресметки во само една со колапсирање на сите интеракции во единствен пондериран просек. Тоа поедноставување ја намалува огромната сложеност на само неколку клучни двигатели.
„Со една равенка, знаеме сè“, рече Гао. „Порано имаш чувство. Сега имате број.”
„Претходните модели кои можеа да кажат дали екосистемот може да биде во неволја се потпираа на сигналите за рано предупредување, како што е намалената стапка на обновување по шок. Но, сигналите за рано предупредување можат да дадат само општо чувство дека екосистемот се приближува до работ на колапсот“, рече Егберт ван Нес, еколог од Универзитетот Вагенинген во Холандија, кој е специјализиран за математички модели. Новата равенка од Гао и неговите колеги исто така користи сигнали за рано предупредување, но може точно да каже колку екосистемите се блиску до превртување.
Сепак, дури и два екосистема кои покажуваат исти предупредувачки сигнали, не се нужно подеднакво блиску до работ на колапс. Затоа, тимот на Гао разви и фактор на скалирање што овозможува подобри споредби.
Како тест за нивниот нов пристап кон моделирањето, истражувачите извлекоа податоци за 54 вистински екосистеми од онлајн базата на податоци за набљудувања на теренски истражувања од локации низ целиот свет – вклучувајќи ги шумите во Аргентина, ливадите во Англија и карпестите карпи на Сејшелите. Потоа тие ги префрлија тие податоци и преку новиот модел и преку постарите модели за да потврдат дека новата равенка функционира правилно. Тимот откри дека нивниот модел најдобро функционира за хомогени екосистеми, станувајќи се помалку прецизни бидејќи екосистемите стануваат поразновидни.
Барабас истакна дека новоизведената равенка се потпира на претпоставката дека интеракциите меѓу видовите се многу послаби од интеракциите на поединците во еден вид. Тоа е претпоставка силно поддржана од литературата за екологија – но еколозите често не се согласуваат за тоа како најдобро да се одреди фреквенцијата и силата на интеракциите на видовите во различни мрежи.
Ваквите разлики во претпоставките на моделот не се секогаш проблем. „Често математиката може изненадувачки да прости“, рече Барабас. Она што е важно е да се разбере како претпоставките ја ограничуваат корисноста на методот и точноста на добиените предвидувања. Равенката на Гао станува помалку точна како што меѓуспецифичните интеракции стануваат посилни. Во моментов, моделот работи само на еколошки мрежи на меѓусебни интеракции во кои видовите имаат корист еден на друг, како што прават пчелите и цвеќињата. Не работи за мрежите на предатор-плен, кои зависат од различни претпоставки. Но, сепак може да се примени на многу екосистеми кои вреди да се разберат.
Покрај тоа, од објавувањето во август, истражувачите веќе открија два начини како да ја направат пресметката попрецизна за хетерогени екосистеми. Тие, исто така, инкорпорираат други видови на интеракции во екосистемот, вклучувајќи ги односите предатор-плен и еден вид интеракција наречена конкурентна динамика.
Беа потребни 10 години за да се развие оваа равенка, рече Гао, и ќе бидат потребни уште многу за равенките прецизно да ги предвидат исходите за екосистемите во реалниот свет – години кои се драгоцени бидејќи потребата за интервенции се чини итна. Но, тој не е обесхрабрен, можеби затоа што, како што забележа Барабас, дури и основните модели кои даваат доказ за концептот или едноставна илустрација на идеја може да бидат корисни. „Со олеснување на анализата на одредени типови модели… тие можат да помогнат дури и ако не се користат за да се направат експлицитни предвидувања за вистинските заедници“, рече Барабас.
Лентон се согласи. „Кога сте соочени со сложени системи, од позиција на релативно незнаење, сè е добро“, рече тој. „Возбуден сум затоа што чувствувам дека навистина се приближуваме кон практичната точка да можеме да направиме подобро“.
Тимот неодамна ја покажа корисноста на моделот со примена на податоците од проектот за реставрација на морската трева во средината на Атлантикот кој датира од 1999 година. Истражувачите ја утврдија специфичната количина на морска трева на која и требаше реставрација за екосистемот да се опорави. Во иднина, Гао планира да работи со еколозите за да го водат моделот на езерото Џорџ во Њујорк, што Ренселаер често го користи како тест кревет.
Надежта на Гао е дека еден ден моделот може да помогне да се информираат одлуките за напорите за зачувување и реставрација за да се спречи неповратна штета. „Дури и кога знаеме дека системот опаѓа“, рече тој, „сè уште имаме време да направиме нешто“.
Подготвено од А.Ѓ.
About Author
