За исключением события мелового-палеогенового периода, вызванного астероидом 66 миллионов лет назад, массовые вымирания, как правило, не имеют четко обозначенных начальных точек. Следовательно, исследование того, как и почему они происходят, является довольно сложной задачей.
Математики и биологи объединили свои усилия в попытке определить факторы и силы, которые в совокупности склоняют в целом стабильные экосистемы к хаосу.
В статье, опубликованной в журнале Science, команда под руководством математиков Сергея Петровского и Андрея Морозова из Университета Лестера в Великобритании анализирует записи о внезапных экологических изменениях в поисках общих факторов.
Вообще говоря, массовые вымирания происходят при резких изменениях природных условий. Изменения, возникающие в результате отклонений от стабильных условий, вызывают значительные сдвиги в биоразнообразии и, как следствие, разрушение пищевых сетей, что приводит к массовой потере видов.
Однако, что же вызывает подобные изменения? Большинство массовых вымираний не имеют легко идентифицируемого катализатора.
Комбинируя экологическую теорию, эмпирические данные и математическое моделирование, Перовский, Морозов и их коллеги идентифицируют общие факторы по параметру, который они называют «переходной динамикой», приводящему систему из одного состояния в другое.
По их словам, одной из критических сил являются «призрачные аттракторы» - термин, который, несмотря на первое впечатление, не подразумевает никакого сверхъестественного участия.
Эта идея берет свое начало от стандартной математической концепции «аттрактора», понимаемой как набор числовых значений, к которым стремится развиваться любая динамическая система. Аттрактор, таким образом, представляет собой стабильную конечную точку системы, найденную через очень долгий, даже бесконечный промежуток времени.
Призрачный аттрактор ведет себя таким же образом, но только в течение более короткого и конечного периода времени. По завершении система производит быстрый переход в другое состояние, которое может обладать сильно отличающимися свойствами, что и приводит к катастрофической утрате биоразнообразия.
Исследователи также выявили еще одно явление, которое они назвали «поползновением». Ученые характеризуют его как катастрофическое изменение динамики системы, происходящее в течение длительного периода.
«Наши исследования показывают, что здоровая экосистема не обязательно останется здоровой даже в отсутствие каких-либо значительных изменений окружающей среды», - говорит Петровский. «Следовательно, для смягчения последствий потенциальных бедствий необходим более эффективный мониторинг состояния экосистемы. Мы также можем предсказать приближающуюся катастрофу так как наше исследование показывает, где искать ее признаки и каков соответствующий временной масштаб изменения окружающей среды (будь то естественное или антропогенное), которое в конечном итоге приведет к большим изменениям».
Он добавляет, что массовые вымирания в нынешний период «могут быть долгом, который мы должны заплатить за наши действия и ошибки - например, нерациональное использование природных ресурсов - совершенные много поколений назад».