Мощная математическая модель значительно улучшает прогнозы для видов, сталкивающихся с изменением климата
Ученые-биологи из UCLA и их коллеги создали самую комплексную математическую модель для отслеживания состояния популяций, подверженных изменению окружающей среды.
Исследование, финансируемое Национальным научным фондом (NSF), опубликовано 2 декабря в журнале Science.
Новаторская интегральная проекционная модель (IPM) объединяет различные субдисциплины популяционной биологии: экологию популяций, количественную генетику, популяционную генетику, а также данные о продолжительности жизни и потомстве. Это позволяет исследователям одновременно связывать множество различных источников данных. Теперь ученые могут изменить всего одну переменную, например, температуру, и увидеть, как это влияет на множество факторов для популяции.
"Это одна из самых инновационных и целостных моделей, поскольку она объединяет так много подразделов экологии и генетики в одну прогностическую модель", — говорит соавтор Роберт Уэйн.
Среди ключевых выводов, сделанных с помощью IPM, — то, что постепенное, устойчивое изменение среды с течением времени (например, постепенный рост температуры) оказывает большее влияние на виды в экосистеме, чем колеблющиеся изменения.
"Если мы меняем общую среду, например температуру, мы меняем целый набор характеристик вида, включая жизнеспособность, фертильность, численность популяции, размер тела и продолжительность поколения", — отмечает Уэйн.
Новая модель может быть крайне полезна для прогнозирования сложных экологических последствий постепенного повышения температуры Земли из-за высоких выбросов CO2 в атмосферу и океаны.
"Вероятно, большая часть тундры в высоких широтах Арктики исчезнет с глобальным потеплением. Поскольку это очень общая модель, ее можно применить к любой популяции — от полярного медведя до волка или жука, даже растений", — говорит ученый.
Созданию модели способствовала встреча Роберта Уэйна с Тимом Коулсоном из Имперского колледжа Лондона. Команда Уэйна объединила свои многолетние данные о популяции волков в Йеллоустонском национальном парке с экспертизой Коулсона в прикладной математике.
Волки были вновь завезены в Йеллоустон в 1995 году. Их тщательный мониторинг с помощью радиоошейников в последующие годы создал обширный массив детальных данных.
Модель также объяснила сохранение серого окраса шерсти у йеллоустонских волков, несмотря на то, что ген черного окраса является доминантным. IPM показала, что волки-гетерозиготы (с двумя разными версиями гена окраса) жили дольше и имели больше потомства, чем волки с двумя идентичными генами.
"Потенциально мы могли бы строить сценарии, предсказывающие, есть ли у вида шанс на восстановление, и это могло бы направлять усилия по защите", — заключает Уэйн.