2 июля 2008 г.

Вероятность вымирания вида с точки зрения теории динамических систем

Многие природные процессы очень переменчивы. И когда их изучаешь, всегда возникает вопрос: какова главная причина этой переменчивости -- изменяющиеся внешние условия или внутренняя динамика самого этого процесса?

Вот, например, климат. С одной стороны, на языке физики -- это очень сложная динамическая система, с целым набором колебательных режимов на разных временных масштабах. У климата есть внутренняя переменчивость даже при постоянных внешних условиях. С другой стороны, из-за сильного антропогенного влияния внешние условия сейчас совсем не постоянны. Поэтому если мы наблюдаем какое-то изменение климата на масштабе десятилетий, то обычно без внимательного анализа нельзя сказать, какова причина этого изменения -- внутренняя или внешняя. Я уже приводил конкретный пример ситуации, в которой пока еще непонятна причина изменений -- это усиление атлантических тропических циклонов в последние десятилетия.

Аналогичные вопросы возникают и в экологии.
В достаточно сложных экосистемах почти никогда нет долговременного равновесия, а есть постоянные колебания туда-сюда. Не так давно было экспериментально доказано наличие настоящего динамического хаоса в сложных экосистемах. Иными словами, даже в абсолютно постоянных внешних условиях сложные экосистемы могут испытывать очень сильные долговременные колебания, при которых численность популяции может меняться в десятки раз.

В последнем выпуске Nature появилась статья, изучающая этот вопрос в применении к вероятности вымирания того или иного вида.

Рассмотрим природную популяцию какого-то вида. Она находится в постоянно меняющихся внешних условиях -- тут сказывается и климат, и пищевые цепочки, и наличие людей или других естественных врагов. Кроме того, она также подвержена внутренней переменчивости -- от простой вероятности появления самца/самки и до сложных генетически заложенных механизмов регулирования численности и разнообразия популяции.



Очевидно, что у вида есть некий нижний предел численности, необходимой для выживания. (Кстати, есть ли экспериментальные данные на этот счет?) Вероятность того, что в ходе колебаний численности этот предел будет (случайно?) пройден, и задает вероятность вымирания вида. Возникает вопрос: что сильнее сказывается на вероятности вымирания -- внешние условия или внутренняя переменчивость?

Такие вещи можно изучать с помощью матматических моделей и затем их проверять на лабораторных организмах. В статье рассказывается, что до недавнего времени математические модели были очень простые и не учитывали всей сложности внутренней динамики. Особенно авторы подчеркивают, что до сих пор никто в этих уравнениях не учитывал влияние демографического разнообразия на эволюцию, а она, оказывается, важна. (Это, впрочем, не кажется удивительным в свете недавнего открытия резонанса, порожденного разнообразием.)

Авторы этот статьи построили более сложную модель, учитывающую разные факторы внутренней изменчивости, и оказалось, что во многих случаях их выводы сильно отличаются от выводов простых моделей. Простые модели недооценивали вероятность сильных отклонений от среднего, т.е. недооценивали риск вымирания. Результаты этой модели были проверены в лабораторном эксперименте с популяцией жуков.

Из всего этого следует очень простой вывод. Те виды, которые сейчас находятся под угрозой вымирания, могут на самом деле иметь гораздо бОльший риск исчезнуть, что считалось до сих пор. Авторы призывают к внимательному пересмотру этих вероятностей для исчезающих видов животных.

2 комментария:

  1. Кстати - а эффект вызванного разнообразием резонанса не может ли относиться еще и к поведению стай/роев? То же вроде большая совокупность агентов с разным порогом восприятия внешнего сигнала...

    ОтветитьУдалить
  2. Конечно, это может быть. Но так ли это на самом деле в реальных роях/стаях -- надо проверять. Природа не всегда использует все теоретически допустимые возможности :)

    ОтветитьУдалить