Экологи объединили век исследований пищевых сетей в единую модель

Какая математическая структура лежит в основе природного мира?

В статье, опубликованной сегодня в Science, представлена новая модель, раскрывающая общую математическую структуру, лежащую в основе всего спектра стратегий питания растений и животных: от знакомых паразитов, хищников и падальщиков до менее известных паразитов-кастраторов и редуцентов. Теперь экологи могут рассматривать все взаимодействия в пищевых сетях через единую призму, используя общий язык для понимания природного мира.

Модель описывает структуру всех связей «потребитель–ресурс» (растения, улавливающие солнечный свет; хищники, поедающие жертв; паразиты, использующие хозяев), которые соединяют виды в пищевых сетях. «Она объединяет математику пищевых сетей, накопленную за столетие, в единую модель», — заявил эколог Геологической службы США и ведущий автор Кевин Лафферти.

Хотя ранее экологи предполагали, что разные типы связей в пищевой сети имеют разную структуру (например, львы, поедающие зебр, действуют иначе, чем вирусы, вызывающие болезни), новое исследование показывает, что они имеют общую структуру, но с различными характеристиками. Теперь идеи из прошлых экологических исследований, а также новые экологические модели можно рассматривать в рамках единой системы, аналогичной физике или химии.

«Экологи давно используют математические уравнения для изучения того, как хищники и болезни влияют на популяции растений, животных и людей, — сказала соавтор Шерил Бриггс из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. — Но эти подходы были идиосинкразическими, ограниченными по охвату и полными скрытых предположений».

Модель появилась в результате работы группы, организованной Лафферти и Добсоном в Национальном центре экологического анализа и синтеза. Изначально группа стремилась раскрыть скрытую роль паразитов в пищевых сетях. После нескольких лет работы группа осознала, что в основе их усилий лежит последовательная математическая основа.

Из кажущейся беспорядочной массы несвязанных сложных математических выражений они нашли простое решение, которое обобщает широкий спектр экологических взаимодействий и выявляет ранее не наблюдавшиеся сходства и скрытые допущения в классических экологических моделях. Это решение предоставляет общую математическую основу для пищевых сетей.

Команда ожидает, что их работа приведет к созданию нового поколения моделей пищевых сетей, которые точнее исследуют экологическую структуру и её реакцию на глобальные изменения.