Пересмотр классической модели экологической стабильности спустя 40 лет
Исследователи из Чикагского университета пересмотрели и уточнили знаменитую математическую формулу, которая 40 лет назад потрясла мир экологии. Их работа опубликована в журнале Nature.
В 1972 году физик Роберт Мэй бросил вызов экологам, опубликовав простую модель, описывающую связь между разнообразием и стабильностью в теоретической экосистеме. Хотя экологи долгое время считали, что более богатые и разнообразные среды по своей природе более устойчивы к нарушениям, формула Мэя утверждала обратное: большее количество видов создает большую нестабильность.
Однако в природе существуют богатые экосистемы, например, коралловые рифы или тропические леса. В течение 40 лет экологи пытались расширить формулу Мэя, чтобы объяснить, как эти высокоразнообразные природные системы сохраняются. Для новой работы исследователи из Чикагского университета Стефано Аллесина и Си Тан вернулись к исходному уравнению и с помощью небольших математических корректировок примирили разногласие между теорией и реальностью.
Ключевое изменение модели
Аллесина и Тан заменили случайные взаимодействия видов в модели Мэя на три общих типа отношений, наблюдаемых в природе:
- Хищник-жертва (потребитель-ресурс), где один вид выигрывает за счет другого.
- Конкуренция, отрицательно влияющая на оба вида.
- Мутуализм, приносящий пользу обоим видам.
Результаты пересмотра
- Хищник-жертва: Такие отношения стабилизируют систему. Модель показывает, что экосистема может оставаться стабильной даже с бесконечным числом видов.
- Конкуренция и мутуализм: Эти взаимодействия делают экосистему высоко нестабильной и уязвимой для нарушений.
«Мы вроде как решили одну загадку о том, как мы можем наблюдать очень много видов в экосистеме. Но затем мы открываем другие головоломки», — сказал Стефано Аллесина.
Новые парадоксы и дальнейшие исследования
Пересмотренная формула, хотя и согласуется с одним природным наблюдением (устойчивость разнообразных систем), порождает новые контринтуитивные результаты:
- Модель предсказывает, что слабые, а не сильные взаимодействия между видами дестабилизируют экосистему, что противоречит мнению многих экологов.
- При применении к реалистичной структуре пищевой сети (например, «каскадной» модели, где каждый хищник ест добычу меньше себя) система оказывается менее стабильной, чем при случайной структуре.
Эти расхождения между моделью и реальностью, как и в случае с оригинальной формулой Мэя, открывают новые возможности для изучения того, как природа обходит эти предсказания и создает разнообразные и стабильные экосистемы.