Почему в сложных экосистемах сосуществуют многие похожие виды
Ученые из Университета Гранады и Уорикского университета предложили возможное объяснение загадки стабильности сложных экосистем, таких как тропические леса Амазонки или коралловые рифы, где множество похожих видов сосуществуют, не вытесняя друг друга.
Исследование, опубликованное в журнале PNAS, указывает на ранее не замеченное свойство трофических сетей (схем "кто кого ест") — трофическую когерентность. Это свойство может помочь решить давнюю научную загадку.
Парадокс Мая и поиск ответа
Долгое время считалось, что большие и сложные экосистемы с множеством взаимодействий более устойчивы к колебаниям. Однако в 1972 году физик и эколог Роберт Мэй математически показал обратное: размер и сложность должны дестабилизировать динамические системы. Этот результат, известный как "парадокс Мая", вызвал активные дебаты о влиянии разнообразия на стабильность.
Как отмечает соавтор работы Мигель Анхель Муньос, понимание механизмов устойчивости экосистем стало особенно актуально сейчас, "учитывая темпы вымирания видов в результате деятельности человека".
Роль трофической когерентности
Ученые проанализировали трофические сети различных экосистем. Они измерили степень, в которой виды структурированы по уровням: большинство жертв любого хищника находятся на уровне непосредственно ниже него. Например:
- Растения — уровень 0.
- Травоядные (питаются растениями) — уровень 1.
- Первичные хищники (питаются травоядными) — уровень 2.
Хотя в природных сетях эта структура не идеальна (существуют всеядные виды), трофическая когерентность в них значительно выше, чем предсказывают текущие математические модели.
Исследование доказало, что "такая когерентность тесно связана со стабильностью сетей: чем больше когерентность, тем больше стабильность".
Новый взгляд на устойчивость
Авторы предложили новую математическую модель для генерации искусственных сетей. Эта модель не только точнее воспроизводит свойства реальных трофических сетей, но и ясно показывает, что стабильность может возрастать параллельно с размером и сложностью системы.
"Мэй не ошибался, — поясняет Муньос. — Он сам указывал, что экосистемы должны обладать особыми структурными свойствами, отличающими их от предсказаний его простой теории. Ответ на загадку кроется в конкретной архитектуре трофических сетей".
Это открытие может изменить наше понимание не только экосистем, но и других схожих систем: нейронных, генетических, коммерческих или финансовых сетей. Понимание того, как потеря элементов (вымирание видов, банкротство институтов) влияет на стабильность, является ключевым для разработки стратегий, предотвращающих коллапс.