Новое исследование моделирует критические условия коллапса в экологических и биологических системах
Исследователи из Университета штата Аризона под руководством профессора электротехники Ин-Ченг Лая изучили влияние rate-induced tipping (переломных точек, вызванных скоростью изменения) на взаимозависимые организмы, такие как кораллы и их симбиотические водоросли.
Суть исследования
- Rate-induced tipping — это критическая скорость изменения параметров системы, при достижении которой происходит её коллапс (например, массовое вымирание видов).
- Используя математические модели, команда обнаружила, что для предотвращения экологических катастроф скорость изменения системы необходимо свести практически к нулю, а не просто замедлить.
- Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Новый подход
В отличие от предыдущих работ, фокусировавшихся на отдельных точках в фазовом пространстве, команда Лая оценила вероятность наступления переломной точки во всём пространстве состояний системы. На основе этих данных была построена общая математическая теория, применимая к экологическим и биологическим системам.
Практическое применение
Экология: Модель помогает определить, при какой скорости потепления океана из-за поглощения углерода произойдёт необратимое повреждение кораллов. Тепловой стресс вызывает отделение симбиотических водорослей (зооксантелл) от коралла, что приводит к его обесцвечиванию и коллапсу всей рифовой экосистемы.
«Когда скорость изменения параметра превышает критическое значение, система может рухнуть в смысле массового вымирания за относительно короткое время», — говорит Ин-Ченг Лай.
Биология: Метод можно применять для оценки скорости изменений, приводящих к отказу клетки выполнять свои генетически определённые функции.
Будущие цели
Лай планирует использовать полученные данные для создания моделей машинного обучения, способных предсказывать системные катастрофы. Одна из целей — спрогнозировать потенциальный коллапс Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC), системы течений, регулирующей климат Западной Европы, замедляющейся из-за потепления океанов.