Использование компьютерных моделей для помощи хрупкой экосистеме

Глобальное потепление известно своим влиянием на климат, но оно также угрожает экосистемам мира. Исследователь из Университета Торонто Бенджамин Гилберт хочет больше узнать об этом процессе.

Гилберт, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии, изучает факторы, позволяющие видам сосуществовать в определённых регионах. «Это имеет большое значение в контексте изменения климата, кислотных дождей и появления инвазивных видов», — говорит он.

Для понимания биоразнообразия необходимо изучать разнообразные районы, поскольку механизмы, управляющие одной экосистемой, могут быть уникальными или давать важные уроки о других экологических сообществах. Гилберт работал от северных бореальных регионов до южных тропиков, изучая организмы от проростков деревьев до личинок комаров. Он исследовал адаптацию к окружающей среде, взаимодействие видов и пространственные процессы, способствующие или снижающие разнообразие.

Изучение сложных экосистем требует современных технологий управления и обработки данных, поэтому вычисления играют критическую роль в исследованиях Гилберта. Без помощи статистических моделей он мог бы потратить всё время на сортировку данных.

Например, в текущем проекте с Джонатаном Левином из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Гилберт количественно оценивает влияние инвазивных трав на местные однолетние растения. После биологического вторжения местные виды часто сокращаются в численности и вынуждены укрываться на небольших, неоптимальных территориях. Используя модели и симуляции, исследователи оценивают, приведут ли эти изменения окружающей среды к вымиранию местной флоры и, если да, то как скоро.

В некоторых проектах Гилберт может сравнить прогнозы компьютера с реальными данными, чтобы определить точность моделей. Но это не всегда возможно, особенно когда симуляции предсказывают вымирание вида через 600–800 лет.

«Без возможности проверить эту информацию в краткосрочной перспективе, к ней нужно относиться с долей скепсиса, — говорит Гилберт. — Но это даёт представление о том, за какими видами нам следует следить, и даёт проверяемую гипотезу на будущее».

Есть ли надежда для местных видов? Гилберт считает, что да. Он хотел бы, чтобы его работа привела к более тщательному мониторингу видов, находящихся под угрозой исчезновения. В результате повышенного внимания правительства могут быть вынуждены действовать. Это может означать применение гербицидов к инвазивным видам или создание лесных коридоров для соединения фрагментированных, уязвимых лесов, оставшихся после пожаров, вырубки и сельского хозяйства.

«Существует много идей о том, как мы можем защитить местные виды, сокращая численность захватчиков или поддерживая хрупкие экосистемы. Но без компьютерных моделей у нас нет возможности предсказать, насколько хорошо эти вмешательства сработают. Мы начинаем использовать эти модели для создания проверяемых прогнозов — это позволит нам лучше применять научный метод к охране природы».