Тысячи растений и животных по всему миру занесены в список находящихся под угрозой исчезновения, но точку невозврата для этих сокращающихся популяций предсказать невозможно. Новое исследование предлагает способ определить, когда вымирание становится неизбежным.
Исследователи говорят, что если результаты лабораторного эксперимента окажутся применимыми в природе, они могут помочь экологам вмешаться, чтобы спасти виды, пока не стало слишком поздно. На данный момент исследование является первым шагом в переносе математической теории в реальный мир, где многие виды исчезают со скоростью, которая может варьироваться от 10 до 100 раз по сравнению с так называемой фоновой скоростью исчезновения.
Статистические предвестники
Когда экологи моделируют упадок видов (своего рода компьютерная симуляция), они видят переломные моменты — наборы обстоятельств, которые делают вымирание почти неизбежным.
На сегодняшний день математическое моделирование выявило несколько статистических предвестников переломных моментов. Непосредственно перед тем, как система достигает точки невозврата, она проходит фазу, называемую «критическим замедлением».
Эта фаза является статистическим эквивалентом внутреннего ощущения, которое вы можете испытать прямо перед тем, как каноэ опрокинется или американские горки сделают рухнут вниз: что система больше не может восстанавливаться после возмущений в окружающей среде (например, ваша последняя попытка сбалансировать каноэ), и кардинальные изменения неизбежны..
В природе такими возмущениями могут быть небольшие изменения температуры или осадков, или простые нормальные колебания количества потомства, производимого видом.
«Способность системы реагировать на возмущения, на эти небольшие толчки снижается», — сказал исследователь Джон Дрейк, эколог из Университета Джорджии. «Поэтому накапливается множество маленьких толчков, и это то, что мы называем критическим замедлением».
Чтобы выяснить, может ли критическое замедление предсказать вымирание в реальных экосистемах, Дрейк и Блейн Гриффен из Университета Южной Каролины использовали ракообразных длиной в миллиметр, называемых водяными блохами. Крошечных водорослеедов разделили на две группы и кормили до тех пор, пока их популяция не стабилизировалась. Примерно через 150 дней исследователи прекратили кормить одну из групп.
Неудивительно, что голодающие водяные блохи изо всех сил пытались выжить. К 416 дню все популяции в их группе вымерли. Анализируя колебания популяции по мере того, как водяные блохи приближались к вымиранию, исследователи обнаружили, что критическое замедление действительно имело место. На самом деле, статистические предупредительные признаки вымирания проявились за восемь поколений, или 110 дней, до того, как погибли последние дафнийские блохи.
Из лаборатории в поле
Перенос результатов лабораторных исследований в полевые условия, вероятно, будет затруднен. Природные системы намного сложнее, чем ограниченное количество водяных блох в контролируемых лабораторных условиях. И потребуются тщательный мониторинг и анализ, чтобы получить данные, которые можно использовать для прогнозирования исчезновения.
Даже если вымирание можно предсказать, экологам нужно выяснить, как решить эту проблему во многих различных экосистемах.
«Для применения этих вещей в любых реальных условиях потребуется много системных знаний», — сказал эколог Стивен Карпентер, директор Центра лимнологии в Университете Висконсина. «Это не критика, это просто говорит о том, что нам есть над чем работать».
Тот факт, что Дрейк и Гриффен смогли продемонстрировать статистические предвестники вымирания живых организмов, «прибавляет импульс» идее воспроизведения результатов в полевых условиях, сказал Карпентер, не участвовавший в исследовании.
«Наш вклад состоял в том, чтобы экспериментально продемонстрировать критическое замедление в биологической популяции», — сказал он. «Теперь осталось посмотреть, сможем ли мы масштабировать это до приложений в природе».