Математические модели могут предсказать риск вымирания животных
Можно ли предсказать вымирание исчезающих видов? Да — с помощью математических моделей, которые служат окном в будущее.
Такие модели помогают предвидеть, как популяция отреагирует на изменения среды и с какой вероятностью может исчезнуть.
Однако точность информации, которую мы закладываем в основу моделей, критически важна. Недавнее исследование показало, что эти модели часто слишком упрощены, что может иметь серьёзные последствия.
Математика на помощь
Сегодня мы наблюдаем один из величайших кризисов вымирания со времён зарождения жизни на планете.
Риск вымирания вида зависит от количества способных к размножению особей и их продолжительности жизни.
Чтобы создавать программы по сохранению видов, необходимо понимать, как меняются выживаемость и размножение в популяции и какие факторы на них влияют.
Математические и статистические модели стали ключевым инструментом для прогнозирования реакции демографических показателей видов на среду и их способности справляться с меняющимися условиями.
Но их способность заглядывать в будущее зависит от точности информации, используемой для их построения.
Изменение климата увеличивает риск вымирания
Известно, что выживаемость и размножение меняются с возрастом, и у каждого вида своя специфическая динамика этих возрастных демографических показателей.
Например, у оленей выживаемость относительно высока у новорождённых и молодых особей, возрастает при достижении половой зрелости и затем медленно снижается с возрастом. Размножение следует схожей схеме.
У черепах же и выживаемость, и размножение увеличиваются с возрастом, что типично для организмов, которые продолжают расти на протяжении жизни.
Эти демографические показатели также меняются год от года в ответ на изменения условий среды: доступность пищи и воды, количество осадков, засушливость местообитания.
Тревожно, что изменение климата не только повышает глобальные температуры, но и увеличивает изменчивость этих условий среды, усугубляя риск вымирания множества исчезающих видов.
Чтобы предвидеть возможное вымирание популяции, нужно спрогнозировать, как изменчивая среда повлияет на её демографические показатели и, как следствие, на численность особей каждый год.
Это достигается с помощью математических моделей, которые берут известные возрастные демографические показатели популяции и «нагружают» их так же, как это делает среда.
Таким образом, модели могут воспроизводить случайную природу среды, и, запуская их многократно, можно рассчитать, какой процент смоделированных популяций вымрет и как быстро это произойдёт.
Важность точности моделей для хороших прогнозов
Однако в недавнем исследовании было обнаружено, что излишнее упрощение информации, используемой для построения таких моделей, может сильно искажать прогнозы. Вплоть до того, что модель может предсказать, что популяция никогда не вымрет, хотя на самом деле она обречена.
До недавнего времени исследователи и специалисты по охране природы часто предполагали, что для прогнозирования динамики популяций в естественных условиях достаточно представить демографические показатели как постоянные внутри общих возрастных групп (например, молодые, полувзрослые, взрослые).
Исследование показало, что такое объединение в общие возрастные классы может сильно исказить прогнозируемые темпы роста популяции и, следовательно, наше понимание её шансов избежать вымирания.
Почему? Потому что группировка создаёт иллюзию, что шансы на вымирание малы, хотя в реальности популяция вымрет очень быстро.
Такое искусственное объединение меняет влияние выживаемости и размножения каждой возрастной группы. Например, в упрощённой модели все взрослые особи вносят равный вклад в выживаемость, хотя на самом деле молодые взрослые особи должны вносить гораздо больший вклад, чем старые.
Этот эффект группировки возрастов может значительно исказить прогнозы.
У нас есть средства для спасения видов — давайте их использовать
Кроме того, известно, что у особей часто ограничены ресурсы, которые они могут направить либо на выживание, либо на размножение. Это приводит к компромиссам между этими двумя демографическими показателями. В результате хороший год для размножения может обернуться плохим годом для выживания, и наоборот.
Исследование показывает, что игнорирование этих компромиссов между выживанием и размножением ещё больше снижает нашу способность предсказывать судьбу диких популяций.
Несмотря на растущие доказательства существования таких компромиссов в природных популяциях, модели часто их игнорируют.
Игнорирование этих, казалось бы, незначительных деталей может сильно повлиять на нашу способность предсказывать судьбу популяций в естественной среде и, следовательно, на возможность предвидеть негативные эффекты глобальных проблем: изменения климата, интродукции чужеродных видов или потери местообитаний.
Добавив чуть больше реализма в наши прогностические модели, мы сможем доверять им как окну в будущее. Для многих исчезающих видов ещё есть надежда, и мы должны использовать все доступные инструменты, чтобы остановить кризис вымирания.