Традиционные методы не дают нужных данных для понимания меняющихся экосистем

Чтобы противостоять вызовам изменения климата и других глобальных экологических изменений, необходимо интегрировать науку о сложных системах (complexity science) в экологию и сохранение биоразнообразия.

В недавнем исследовании, опубликованном в Science Advances, доктор Федерико Рива, доктор Кайо Грако-Роза и их коллеги предлагают путь для этого и выражают оптимизм относительно потенциала для прорывов в экологии и биологии сохранения.

Земля состоит из запутанных сложных систем, которые мы только учимся понимать. От глобального финансового рынка до работы человеческого мозга и даже таких, казалось бы, простых явлений, как изменение направления стаи птиц или свечение светлячков, — сложные системы повсюду. Сама Земля является сложной системой.

Хотя разные типы сложных систем обычно трудно предсказать, у них есть общие черты, которые могут помочь в их понимании. Этим занимается наука о сложных системах — область, которая ищет общие принципы, лежащие в основе всех типов сложных систем. Это особенно важно для понимания окружающей среды, поскольку экосистемы — классический пример сложных систем. А поскольку человеческая деятельность меняет эти экосистемы беспрецедентными темпами, нам необходимо справиться с этой сложностью.

«Как ученые, мы любим использовать слово "сложный"», — говорит доктор Федерико Рива, доцент Амстердамского университета ВУ, — «но сложность — термин, который трудно точно определить. Если мы не будем четко понимать, что подразумеваем под сложностью, это может породить путаницу, замедляя наши усилия по пониманию того, как деятельность человека влияет на экосистемы».

Однако он видит надежду в науке о сложных системах: «Традиционные методы могут не справляться с изучением определенных аспектов экосистем, но complexity science предлагает новую перспективу. Нам нужно максимально использовать её, что начинается с понимания особенностей сложной системы, а также целей и подходов науки о сложности».

Для иллюстрации рассмотрим участок леса. Эта экосистема — сложная система, состоящая не только из деревьев, но и из бесчисленных видов животных, насекомых и микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом и с неживыми компонентами среды, такими как почва и климат.

Теперь представьте, что люди начинают вырубать часть деревьев для древесины. Это возмущение системы изменит не только то, какие деревья и животные останутся в лесу, но и то, как эти компоненты взаимодействуют друг с другом. Изучая связи между частями, составляющими лес, и, в более широком смысле, паттерны, которые могут возникать на разных уровнях организации по мере изменения этой системы, наука о сложности может помочь предсказать, что означает заготовка древесины для леса в целом.

Доктор Кайо Грако-Роза, постдокторант Хельсинкского университета, говорит: «Мы глубоко изучили статьи по экологическим наукам, чтобы понять, что авторы имеют в виду, когда говорят об экологической сложности. Мы обнаружили, что во всем мире существует большой интерес к изучению сложности в экологии».

Однако он добавляет: «Это исследование не всегда соответствует ключевым принципам науки о сложности, таким как нелинейность, стабильность и устойчивость (resilience)». Но он видит общую почву, особенно когда авторы строят свою работу вокруг базовой теории, масштабирования (scaling) и макроэкологии — трех парадигм, центральных для науки о сложных системах.

Поскольку изменения климата и землепользования продолжают ускоряться, систематизация изучения сложности имеет большой потенциал для углубления нашего понимания природного мира с помощью новых идей, методов и перспектив.