Hindcasting помогает учёным улучшить прогнозы для жизни на Земле

Изменяющаяся среда и быстрый рост населения вытесняют растения и животных из их естественных мест обитания. Однако современные модели, предсказывающие последствия этого для экосистем, часто оказываются не более чем предположениями и при проверке демонстрируют высокую неточность.

Учёные Калифорнийского университета в Беркли запустили уникальную программу — Berkeley Initiative in Global Change Biology (BiGCB) — для повышения надёжности и точности таких моделей. Эксперты используют хиндкастинг («предсказание» событий прошлых периодов изменения климата) для разработки и тестирования новых моделей, которые улучшат прогнозирование.

«Единственный способ проверить модель и улучшить прогноз — это хиндкастинг», — заявил Чарльз Маршалл, директор Музея палеонтологии Калифорнийского университета.

Музейные коллекции университета — бесценные записи о том, как животные и растения адаптировались к изменениям в прошлом, — позволят учёным «вернуться в прошлое». Данные о том, как предыдущие глобальные изменения повлияли на биосферу, будут использованы для тестирования и улучшения современных прогностических моделей.

• Грант в $1.5 млн от Фонда W. M. Keck профинансирует создание веб-информационного портала — основы для моделей следующего поколения.
• Грант в $2.5 млн от Фонда Гордона и Бетти Мур поддержит семь проектов по прогнозированию глобальных изменений в Калифорнии.

«Эти наборы данных — чистое золото», — говорит Маршалл о коллекциях растений, позвоночных, насекомых и окаменелостей.

Информация из коллекций, включая географическое распространение образцов, их ДНК и даже пыльцу или паразитов, предоставляет плотные данные за сотни, а в палеонтологии — за миллионы лет.

По словам со-руководителя BiGCB Розмари Гиллеспи, современные модели распространения видов используют климатические прогнозы и предполагают, что организм переместится в районы, соответствующие его предпочтительной среде обитания. Однако реальность сложнее: одни виды вымирают, другие адаптируются, третьи мигрируют.

«Мы надеемся сузить параметры, важные для адаптации организма к изменениям, и создать на их основе более надёжную модель», — пояснила Гиллеспи.

Уникальность BiGCB — в фокусе на конкретной экосистеме и всех её организмах во времени, чтобы получить полную историю изменений в данном месте.

Примеры проектов:

• Эссигский музей энтомологии хранит образцы пчёл с пыльцой и паразитами, собранные почти ежегодно с 1910 года. Анализ ДНК исторических образцов покажет, как менялись пчёлы, растения, опыление и болезни в прошлом, что позволит спрогнозировать влияние урбанизации или изменения сельхозугодий.
• Бурение озера Клир-Лейк (одного из старейших в США) позволит изучить пыльцу возрастом до 130 000 лет и восстановить историю изменения растительности. Эти данные сопоставят с изменениями в популяциях животных по окаменелостям из пещер вокруг озера.
• Антрополог, изучающий индейцев Калифорнии, совместно с экспертами по пыльце проанализирует, как использование огня человеком за последние 13 000 лет коррелировало с изменениями растительности.

«С быстрыми изменениями окружающей среды ценность этой истории выходит на первый план. Благодаря геномной революции мы можем использовать коллекции и наблюдать генетические изменения в действии за сотни лет», — отметила Гиллеспи.

Информационный портал («движок Keck») объединит облачные базы данных музейных коллекций (например, VertNet, посвящённый позвоночным) с онлайн-инструментом визуализации Cal-Adapt, созданным в Беркли для отображения климатических сценариев на картах. Результат позволит, например, спрогнозировать смещение ареалов видов относительно друг друга, а также изменения снежного покрова, риска лесных пожаров и температуры до конца века.

«Мы планируем наложить данные коллекций на данные Cal-Adapt и создать визуальный интерфейс, который позволит учёным двигаться назад во времени для хиндкастинга, а также вперёд — для прогнозирования», — сказала Гиллеспи.

«Движок Keck — это действительно революционный инструмент, меняющий подход к проблемам глобальных изменений. Он должен значительно повысить нашу способность определять связь между глобальными изменениями и изменениями в биоте», — заключил Маршалл.