Переосмысление «переломных моментов» в экосистемах и не только

Резкие изменения в окружающей среде, известные как смены режимов (например, превращение луга в пустыню), могут иметь катастрофические последствия для видов. Новое исследование в Nature Ecology & Evolution показывает, как небольшие изменения окружающей среды запускают медленные эволюционные процессы, которые в итоге приводят к коллапсу.

До сих пор изучение смен режимов фокусировалось на критических порогах внешних условий («переломных моментах»). Однако новая модель Каталины Чапарро-Педраса и профессора Андре де Руса (Университет Амстердама) раскрывает иной механизм: небольшое изменение во внешней среде с минимальным немедленным эффектом может вызвать медленные эволюционные изменения у видов в системе. После «значительной задержки», в течение которой виды постепенно развивают новый признак или поведение, смена режима проявляется как запоздалая реакция.

«Вместо того чтобы искать прямую связь между экологическими переломными моментами и крахом экосистемы, наша работа включает в картину эволюцию», — объясняет Чапарро-Педраса.

В своей модели исследователи демонстрируют, как такие вызванные эволюцией отсроченные смены режимов возникают в сообществах лосося. Небольшое изменение в морской среде, снижающее смертность популяции, имеет незначительные непосредственные последствия. Однако оно запускает эволюционный процесс, который медленно меняет такие черты, как оптимальный размер тела для миграции в океан. При достижении критического порога происходит смена режима, вызывающая резкие изменения в составе сообществ как в пресной, так и в морской воде, хотя условия в пресноводной среде не менялись.

Понимание роли эволюционных процессов в сменах режимов может пролить свет и на другие сложные взаимозависимые системы. Де Рус и Чапарро-Педраса также проанализировали данные финансового кризиса 2008 года, который, по словам де Руса, «весьма соответствует модели вызванного адаптацией сдвига режима». В этом примере:

• Крах 2008 года — это отсроченная смена режима.
• Дерегулирование финансовой системы в 1970–1980-х — изменение среды с пренебрежимо малым немедленным эффектом.
• Тренд изменения банками соотношения долга к активам — аналог эволюционного процесса.

«Смены режимов происходят не только в экосистемах, — говорит де Рус. — Они также появляются в таких системах, как фондовые рынки. Наша модель показывает эволюционный механизм, посредством которого внезапное изменение — будь то крах экосистемы или финансовый коллапс — может быть результатом небольшого изменения окружающей среды в далеком прошлом».