Хаос в экосистемах встречается чаще, чем считалось
Хаотическая динамика в природных популяциях оказалась гораздо более распространённой, чем было принято считать. К такому выводу пришли учёные из Калифорнийского университета в Санта-Круз и Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) США.
Ключевой вопрос экологии — являются ли естественные колебания численности популяций регулярными, случайными или хаотическими. Хаотические системы, подобные погоде, предсказуемы в краткосрочной, но не в долгосрочной перспективе и крайне чувствительны к малым изменениям начальных условий.
"Понимание характера этих колебаний — регулярный, хаотический или случайный — имеет огромное значение для того, насколько хорошо и как далеко в будущее мы можем прогнозировать размеры популяций", — отметила Татья Роджерс, эколог NOAA и первый автор исследования.
В новом исследовании, опубликованном 27 июня в Nature Ecology & Evolution, учёные обнаружили признаки хаотической динамики более чем в 30% проанализированных популяций из Глобальной базы данных динамики популяций. Предыдущие метаанализы либо не находили хаоса, либо считали его редким явлением.
Авторы предполагают, что это могло быть связано с ограниченным объёмом данных и использованием неадекватных методов, а не со стабильностью экосистем.
"Сейчас данных гораздо больше, и длина временного ряда сильно влияет на возможность обнаружения хаоса. Мы также показали, что методологические допущения в предыдущих метаанализах были смещены против обнаружения хаоса", — пояснил соавтор работы Стефан Манч.
Для анализа исследователи использовали новые и обновлённые алгоритмы обнаружения хаоса, протестировали их на смоделированных данных, а затем применили три лучших метода к 172 временным рядам.
Результаты выявили связь между хаотической динамикой, продолжительностью жизни и размером тела:
- Наиболее распространён хаос у планктона и насекомых.
- Наименее распространён у птиц и млекопитающих.
- Промежуточное положение занимают рыбы.
"Многие короткоживущие виды склонны к хаотической динамике популяций, и это как раз те виды, для которых характерны "взлёты и падения" численности", — сказала Роджерс.
Выводы исследования указывают на внутренние ограничения экологического прогнозирования и предостерегают от чрезмерной опоры на подходы, основанные на равновесии, в природоохранной деятельности и управлении ресурсами, особенно для короткоживущих видов.
"Если мы не признаем существование хаоса, мы можем упускать возможности для краткосрочного прогнозирования с помощью методов, подходящих для хаотических систем, при этом излишне уверенно полагая, что способны делать долгосрочные прогнозы", — резюмировала Роджерс.