Учёные нашли универсальные правила устойчивости пищевых сетей

Результаты, опубликованные в текущем выпуске Science, показывают, что устойчивость пищевой сети повышается, когда множество разнообразных связей «хищник-жертва» соединяют высокие и промежуточные трофические уровни. Расчёты также показывают, что малые экосистемы подчиняются другим правилам, чем крупные: различия в силе связей «хищник-жертва» повышают устойчивость малых сетей, но дестабилизируют крупные.

Наблюдаемые в природе пищевые сети являются стабильными, то есть отношения между их видами остаются постоянными на протяжении относительно долгого времени.

Инновационная методология

Учёные из Института физики сложных систем им. Макса Планка (MPIPKS) разработали новый метод, позволяющий эффективно анализировать влияние бесчисленных параметров на сложные системы.

«Используя метод, называемый обобщённым моделированием, мы проверяем, может ли данная пищевая сеть в принципе быть стабильной, то есть могут ли её виды сосуществовать в долгосрочной перспективе», — говорит Тило Гросс из MPIPKS. Это позволяет моделировать и анализировать сложные экосистемы практически при любых условиях.

Генералисты стабилизируют, специалисты дестабилизируют

Применив этот подход совместно с коллегами, учёные обнаружили несколько универсальных правил в динамике экосистем.

«Устойчивость пищевой сети повышается, когда виды на высоких трофических уровнях питаются множеством видов-жертв, а виды на промежуточных трофических уровнях служат пищей для множества видов-хищников», — говорит Ульф Дикманн из IIASA.

Также были выявлены дополнительные стабилизирующие и дестабилизирующие факторы. Экосистемы с высокой плотностью связей «хищник-жертва» менее стабильны, а сильная зависимость хищничества от плотности хищников дестабилизирует систему. Напротив, сильная зависимость хищничества от плотности жертв стабилизирует пищевые сети.

Различия между малыми и крупными системами

Важное открытие заключается в том, что пищевые сети, состоящие из небольшого числа видов, ведут себя качественно иначе, чем сети со множеством видов.

«Малые экосистемы, по-видимому, следуют иным правилам, чем крупные», — говорит Ульф Дикманн. «Системы с меньшим числом видов более стабильны, если между одними видами существуют сильные взаимодействия, а между другими — только слабые. Для пищевых сетей со множеством видов верно прямо противоположное. Следовательно, в природе чрезвычайно сильные или слабые связи «хищник-жертва» должны встречаться тем реже, чем больше видов содержит пищевая сеть».