Математический подход к защите исчезающих растений
В новом исследовании, опубликованном в журнале Ecological Modelling, команда под руководством Бенито Чен-Шарпантье, профессора математики Техасского университета в Арлингтоне, разработала математическую модель для расчёта минимального размера среды обитания для исчезающих видов растений.
Из-за деятельности человека и роста населения скорость вымирания видов и деградации экосистем увеличивается во всём мире. Исчезающие виды растений сталкиваются с проблемой сокращения среды обитания, вызванной экстремальной погодой, инвазивными видами, инфекционными заболеваниями и антропогенными нарушениями.
Для помощи в природоохранных усилиях Чен-Шарпантье с коллегами разработали практическую математическую модель, чтобы определить минимальную площадь среды обитания, необходимую для поддержания популяций растений в фрагментированных ландшафтах.
«Математическое моделирование — важный инструмент для получения представления о многих аспектах устойчивости и управления экосистемами, — сказал Чен-Шарпантье, старший автор исследования. — Математики могут многое сделать, чтобы помочь экологам и биологам решить самые насущные сегодня проблемы сохранения видов».
Исследование «Modeling the persistence of plant populations in fragmented ecosystems» — одно из первых, дающих практические ответы на ключевой вопрос о минимальном или оптимальном размере среды обитания для защиты популяций в фрагментированных экосистемах. По словам Чен-Шарпантье, большинство исследований не затрагивает этот центральный вопрос, а понимание учёными и их способность предсказывать эффекты и исходы, связанные с фрагментацией, всё ещё остаются неуловимыми.
Используя данные проекта «Биологическая динамика фрагментов леса» (Biological Dynamics of Forest Fragments Project) — одного из крупнейших и самых длительных экспериментов по сбору данных для анализа экологического воздействия фрагментации среды обитания, — команда разработала обыкновенное дифференциальное уравнение. Оно позволило определить минимальный размер участка, необходимый для поддержания популяций Heliconia acuminata, амазонской травы, произрастающей в Южной Америке.
Исследователи обнаружили значительную корреляцию между площадью фрагмента и скоростью роста, подтвердив, что уровень гибели травы более негативно реагирует на меньшие размеры среды обитания. Для проверки применимости этих выводов к другим популяциям растений во фрагментированных системах необходимы дальнейшие исследования.
Чен-Шарпантье отметил, что результаты исследования помогут не только учёным, но и могут быть полезны архитекторам и градостроителям, стремящимся минимизировать воздействие на окружающую среду.
«Когда город разрабатывает систему автомагистралей, его планировщики могут заметить популяцию растений в районе, которая не сможет пережить сокращение среды обитания из-за строительства, — сказал Чен-Шарпантье. — Теперь они могут использовать математическое моделирование для расчёта оптимального размера среды обитания и скорректировать свои планы для поддержки местной экосистемы».