Учёные призывают к «революции» в моделировании планктона

Создание новых научных моделей планктона «критически важно» для понимания масштабов глобального изменения климата, утверждается в новой статье. Авторы, включая профессора Кевина Флинна из Plymouth Marine Laboratory и Университет Эксетера, утверждают, что модели, используемые для симуляции влияния планктона на океанские экосистемы, основаны на устаревших концепциях. Статья опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.

Планктон питает планету, поддерживая морскую жизнь, и моделирование его функций необходимо для прогнозирования будущего Земли.

Профессор Флинн подчеркнул значимость планктона: «Планктон — это в основном микроскопические организмы, которые растут в океане (и во внутренних водах) и поддерживают основание пищевой цепи. Нет планктона — нет рыб, акул, китов, тюленей, кораллов и т.д. Однако критически важным является разнообразие планктона; это биоразнообразие нельзя оптимально сжать в несколько групп, но именно это неизменно происходит в моделях».

Исследователи утверждают, что модели планктона необходимо обновить, чтобы отразить современные знания о физиологии, разнообразии планктона и его роли в функционировании экосистем.

«Мы используем инструменты моделирования, построенные на концепциях 30–50-летней давности, чтобы понять самые сложные и быстро меняющиеся экосистемы на Земле. И это реальная проблема — не только для науки, но и для политики и общества в целом. Мы должны быть уверены, что модели реалистично описывают экологическую физиологию этих организмов», — заявил профессор Флинн.

В статье предупреждается о серьёзных последствиях — от недооценки сдвигов в биоразнообразии до пропуска ключевых факторов морской продуктивности и цикла углерода.

Использование моделей с чрезмерно упрощённой концептуальной основой рискует давать «правильные» результаты по неправильным причинам, создавая ложное чувство уверенности при использовании таких моделей для прогнозов на будущее.

Исследование призывает к трансформации в том, как моделируется планктон и как взаимодействуют моделисты и эмпирики. Среди ключевых рекомендаций:

• Более тесное сотрудничество между эмпирическими учёными и моделистами, особенно на этапе разработки моделей.
• Учёт в базовом дизайне моделей аспектов реальной экологической сложности, известных своей критической важностью.
• Новые инструменты, позволяющие учёным без специальных навыков программирования участвовать в разработке симуляционных моделей.
• Инвестиции в платформы «цифровых двойников» для исследований планктона — модели нового поколения, способные симулировать реалистичные биологические процессы и информировать принятие решений в условиях глобальных изменений.

«Планктон так же важен для системы Земли, как леса и луга на суше, но инструменты, которые мы используем для его моделирования, не отражают эту важность, — сказал профессор Флинн. — Если мы хотим укрепить доверие к будущим прогнозам для океана, нам нужно строить лучшие модели — модели, лучше основанные на реальной биологии».

Профессор Дэниел Майор из Университета Эксетера добавил: «Есть отличные примеры тесного сотрудничества биологов, изучающих планктон, и моделистов. Однако есть и ситуации, когда эти две дисциплины работают изолированно друг от друга, что препятствует получению и передаче знаний и в целом замедляет прогресс. Учитывая масштаб проблем, с которыми сталкивается наша планета, эти неэффективности необходимо устранять».

Эта исследовательская статья возникла из проекта по изучению цифровых двойников планктона, целью которого было создание удобных моделей для учёных и лиц, принимающих решения. Однако авторы обнаружили, что существующие модели упускают ключевые биологические концепции, что препятствует развитию этого подхода моделирования следующего поколения.

Авторы призывают научное сообщество рассматривать моделирование как основной инструмент в экологии планктона и в учебной деятельности — так же, как молекулярная биология революционизировала науку с 1980-х годов, симуляционное моделирование должно стать неотъемлемой частью исследований планктона.

«Опасность в том, что если мы не решим эту проблему сейчас, мы продолжим вкладывать средства в устаревшие модели, которые потенциально дают вводящую в заблуждение информацию, — говорит профессор Флинн. — Нам нужна революция в моделировании экосистем планктона — и нужна быстро».