Разнообразие природы в формулах

Человечество всё сильнее влияет на природу, что способствует сокращению глобального биоразнообразия. Для лучшей оценки последствий требуется более глубокое понимание условий, в которых существуют виды в экосистеме. Группа биофизиков из Института Нильса Бора проанализировала данные и рассчитала, как виды на определённой территории влияют друг на друга и как экосистема может находиться в равновесии или выходить из него. Результаты опубликованы в научном журнале PLoS Computational Biology.

В природе животные перемещаются и вторгаются в новые ареалы, где обитают другие виды. Там они могут стать добычей для местных хищников или сами начать охотиться. Все они являются частью пищевой цепи. Эта схема «есть и быть съеденным» может быть сбалансированной или приводить к нарушениям в среде, как, например, при интродукции кроликов в Австралии, где они размножились катастрофически из-за отсутствия естественных врагов.

Но как понять, находится ли экосистема в равновесии? Можно ли это сформулировать? Да, группа биофизиков из Института Нильса Бора сделала это. Используемая формула называется Лотки-Вольтерры и применяется для расчёта взаимного влияния — ключевого фактора устойчивого сосуществования.

Статистический анализ в биологии

«Мы использовали данные биологических наблюдений и проанализировали взаимосвязь между различными видами и их местом в пищевой цепи. Одни виды едят растения, другие — животных. Мы видим, что чрезвычайно важен баланс между тем, кто кого ест и сколько хищников охотится на одну и ту же добычу», — объясняет Намико Митарай, доцент биофизики Института Нильса Бора Копенгагенского университета. Она вместе с ассистент-профессором Яном Хэртером и профессором Кимом Снеппеном из исследовательской группы Biocomplexity провела комплексные статистические расчёты.

Намико Митарай поясняет, что сначала они использовали классические расчёты из теорий об экосистемах, согласно которым два хищника не могут сосуществовать, если оба питаются исключительно одной и той же добычей. Однако в своём анализе они модифицировали модель взаимной конкуренции, показав, что два конкурирующих хищника могут сосуществовать, если сами являются добычей для других хищников.

Хищники тоже могут быть добычей

Тот, кто ест траву, съедается плотоядным, которого, в свою очередь, ест другой хищник и так далее. Если два вида охотятся на одну добычу, важно, чтобы на эти два вида также охотились другие животные. Без этого один из видов — тот, что лучше ловит добычу, — в конечном итоге вытеснит другой, так как для второго останется недостаточно пищи. Но если на «лучшего» хищника тоже охотятся, у «худшего» может оказаться достаточно еды для выживания. Таким образом, «связи» между видами очень важны.

Исследование также показывает комбинации видов на разных звеньях пищевой цепи. Как видно и из полевых данных, «правило» о том, что хищники должны быть добычей для других хищников, означает, что в средней части пищевой цепи видов гораздо больше, чем внизу и наверху. Кроме того, исследование показывает, что животные, которые являются и травоядными, и плотоядными — так называемые всеядные (omnivores), — могут играть особую роль в стабилизации пищевой цепи, поскольку объединяют несколько трофических цепей.

«В более широкой перспективе наш метод расчётов позволяет прогнозировать, какие типы инвазивных видов могут вызвать серьёзные изменения и даже крах экосистемы в данном районе. Метод также можно использовать для прогнозирования последующего вымирания видов из-за удаления из ареала местных животных», — объясняет Намико Митарай.