تکنولوژی

هرج و مرج پنهان در طبیعت؛ چرا اختلال در اکوسیستم فراتر از تصور است؟



به نظر می رسد دانشمندان هرج و مرج را در همه جا پیدا می کنند: در مدارهای سیاره ای، در سیستم های آب و هوایی، و در گرداب های کوچک رودخانه ها. برای نزدیک به سه دهه، بوم شناسان هرج و مرج را یک اتفاق نادر در جهان زنده می دانند. اما یک تحلیل جدید نشان می‌دهد که آشوب اکوسیستم بسیار رایج‌تر از آن چیزی است که محققان تصور می‌کردند.تانیا راجرز، بوم‌شناس در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، به دنبال مطالعاتی درباره آشفتگی اکوسیستم در تحقیقات علمی بود و چیزی غیرمنتظره پیدا کرد: در 25 سال گذشته، هیچ کس تحلیل کمی انجام نداد، اما راجرز تصمیم گرفت خودش این تحلیل کمی را انجام دهد. با تجزیه و تحلیل بیش از 170 مجموعه داده از اکوسیستم های وابسته به آب و هوا، او و همکارانش به این نتیجه رسیدند که هرج و مرج در یک سوم آنها وجود دارد. این آمار تقریباً سه برابر بیشتر از تخمین‌های تحقیقات قبلی است، علاوه بر این، آنها دریافتند که گروه‌های خاصی از موجودات مانند پلانکتون‌ها، حشرات و جلبک‌ها بیشتر از موجودات بزرگ‌تری مانند گرگ و پرندگان در معرض هرج و مرج هستند. استفان مونش، بوم‌شناس تکاملی در دانشگاه سانتا کروز و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «این نتایج در هیچ یک از مطالعات قبلی» که برای هدایت سیاست‌های حفاظتی استفاده می‌شد، منعکس نشده است. یک ابزار گرافیکی به نام نمودار لجستیک در دهه 1970 به بوم شناسان نشان داد که هرج و مرج ممکن است زمینه ساز نوسانات جمعیت گونه ها باشد. اما برای چندین دهه، گونه ها شواهد کمی از هرج و مرج واقعی در تغییر اکوسیستم ها نشان داده اند اکولوژی اولین بار در قرن نوزدهم به عنوان یک علم رسمی طبقه بندی شد. طبق فرضیه رایج آن زمان، طبیعت تابع قوانین ساده و قابل فهمی مانند ساعت مکانیکی و چرخ دنده بود. اگر دانشمندان بتوانند متغیرهای مناسب را اندازه گیری کنند، می توانند نتیجه را پیش بینی کنند. به عنوان مثال، باران بیشتر به معنای محصول بهتر سیب است. در حالی که سیستم های تصادفی با نوسانات غیر قابل پیش بینی روبرو هستند. یک سیستم آشفته یا آشفته تحت سلطه واکنش ها یا رویدادهای غیرخطی ممکن است برای دوره های کوتاه قابل پیش بینی باشد. اما هرچه جلوتر می رود، در معرض تغییرات بسیار مهمی قرار می گیرد.راجرز می گوید: «ما اغلب زمان را به عنوان نمونه ای از یک سیستم آشفته در نظر می گیریم. نسیم تابستانی بر فراز اقیانوس باز ممکن است بر پیش بینی هوای فردا تأثیری نداشته باشد. اما از نظر تئوری، می‌تواند در عرض چند هفته به پایه یک طوفان در دریای کارائیب تبدیل شود.اکولوژیست‌ها کار با مفهوم آشوب را در دهه 1970 آغاز کردند. در همین زمان، ریاضیدانی به نام رابرت می، ابزاری تکاملی به نام نقشه لجستیک طراحی کرد. این نمودار انشعاب که گاهی به دلیل شکل ظاهری آن به عنوان “نمودار عنکبوت” شناخته می شود، نشان دهنده ورود هرج و مرج به الگوهای ساده رشد جمعیت و سایر سیستم ها در طول زمان است. در طبیعت، این امر با نوسانات نامنظم همراه است. نقشه های لجستیکی به سرعت در سراسر جهان گسترش یافتند. همانطور که بوم شناسان نظری از آنها برای توضیح نوسانات جمعیت حیواناتی مانند ماهی قزل آلا و جلبک های مسئول پدیده کشتار قرمز استفاده کردند. در اوایل دهه 1990، بوم شناسان داده های سری زمانی کافی را در مورد جمعیت گونه ها جمع آوری کردند و قدرت محاسباتی کافی برای این ایده ها را آزمایش کنید.. با این حال، تنها یک مشکل وجود داشت: به نظر می رسید هیچ هرج و مرج در این مجموعه ها وجود ندارد. ظاهراً، تنها 10 درصد از جمعیت های مورد مطالعه نامنظم بودند و جمعیت های باقی مانده دائماً در حال تغییر یا نوسان تصادفی بودند. تئوری های مربوط به اکوسیستم آشوب نیز در اواسط دهه 1990 از کانون توجه خارج شد. نتایج جدید از روژ ers و Munsch و ریاضیدان همکارشان Bethany Johnson از سانتا کروز نشان می دهند که تحقیقات گذشته مخفیگاه هرج و مرج را از دست داده است. مطالعات قبلی از مدل‌های تک متغیره برای تشخیص آشوب استفاده می‌کردند، جایی که اندازه جمعیت یکی از گونه‌ها با زمان سازگار بود. آنها تغییرات مرتبط در دنیای واقعی پر هرج و مرج مانند دما، نور خورشید، بارش و فعل و انفعالات موثر بر جمعیت گونه ها را در نظر نگرفتند. مدل های تک بعدی آنها فقط تغییرات جمعیت را محاسبه می کند. اما آنها علت این تغییرات را منعکس نمی کنند.جمعی از جلبک های میکروسکوپی معروف به دیاتوم ها (در بالا) گاهی اوقات به تعداد زیادی در اقیانوس ها تکثیر می شوند که از قضا قابل ردیابی هستند. این تصویر دریای چوکچی را بین سیبری و آلاسکا نشان می دهد که توسط ماهواره Landsat 8 در ژوئن 2018 گرفته شده است. آرون کینگ، استاد اکولوژی و تکامل زیستی در دانشگاه میشیگان می گوید: «راجرز و مانک به روشی معقول به دنبال ناهنجاری ها بودند. آنها با استفاده از سه الگوریتم پیچیده، 172 سری زمانی از جمعیت های مختلف حیوانات را تجزیه و تحلیل کردند و آنها را در قالب مدل های شش بعدی بررسی کردند. بنابراین آنها قادر به کشف امکان الگوهای آشفته پنهان در بازنمایی تک بعدی تغییرات جمعیتی بودند. برای مثال، میزان بارندگی بیشتر معیاری برای ناهمواری های مربوط به رشد یا کاهش جمعیت است. اما این نتیجه گیری ممکن است چندین سال به تعویق بیفتد. راجرز، جانسون و مونش در داده‌های جمعیتی تقریباً 34 درصد از گونه‌ها ردپایی از برهمکنش‌های غیرخطی پیدا کردند که بسیار ناپایدارتر از آنچه قبلاً یافت شده بود. در بسیاری از این مجموعه داده ها، تغییرات جمعیت گونه ها در ابتدا تصادفی نبودند. بلکه این هرج و مرج در رابطه بین تعداد و معیارهای زیربنایی دیده می شد. آنها نمی توانستند دقیقا بگویند کدام یک از معیارهای زیست محیطی باعث هرج و مرج شده است. اما صرف نظر از اینکه چه چیزی باعث هرج و مرج شده است، اثرات آنها در داده ها وجود دارد.محققان همچنین رابطه معکوس بین اندازه بدن یک موجود زنده و هرج و مرج در تغییرات جمعیتی آن را نشان دادند. دلیل این پدیده ممکن است تفاوت در زمان نسل باشد. از آنجایی که موجودات کوچک معمولاً در دوره های زمانی کوتاه تری تولید مثل می کنند. در نتیجه، اغلب تحت تأثیر متغیرهای خارجی قرار می گیرند. به عنوان مثال، جمعیتی از دیاتومها با نسلهای تقریباً پانزده ساعته نسبت به گروهی از گرگها با نسلهای پنج ساله آشوب بیشتری نشان می دهند. با این حال، این نتیجه لزوماً به این معنی نیست که جمعیت گرگ ها ذاتاً پایدار هستند. مونش معتقد است: بر اساس یک احتمال، شاهد هرج و مرج در این گروه ها نیستیم. از آنجا که ما داده‌های کافی برای مطالعه یک دوره زمانی طولانی نداریم مقاله مرتبط: مونش و راجرز معتقدند که به دلیل محدودیت‌های داده، مدل آنها آشفتگی اساسی در اکوسیستم‌ها را دست کم گرفته است. سوگیهارا بر اهمیت نتایج جدید تاکید کرد. به عنوان مثال، مدل های بهبود یافته با عناصر آشوب مناسب در پیش بینی شکوفه های جلبکی سمی یا ردیابی جمعیت ماهی ها برای جلوگیری از صید بی رویه عملکرد بهتری دارند. تجزیه و تحلیل آشوب به محققان و حافظان محیط زیست کمک می کند تا پیش بینی های اندازه جمعیت را بهتر درک کنند. با این حال، هم سوگیهارا و هم کینگ نسبت به تأکید بیش از حد بر الگوهای آگاهانه آشوب هشدار می دهند. کینگ می گوید: مفهوم کلاسیک آشوب اساساً ایستا است و بر این فرضیه استوار است که نوسانات آشفته از هنجارهای پایدار و قابل پیش بینی دور می شوند. اما با پیشرفت تغییرات آب و هوایی، بیشتر اکوسیستم های واقعی حتی در کوتاه مدت ناپایدار می شوند. بنابراین، دانشمندان باید از یک خط مبنا همیشه در حال تغییر، حتی با ابعاد مختلف آگاه باشند. با این حال، در نظر گرفتن هرج و مرج گام مهمی برای مدل سازی دقیق است.مونش همچنین معتقد است: “آشوب پدیده ای بسیار هیجان انگیز است و می تواند کاملاً با پیش بینی های ما در مورد متغیرهای محیطی در تضاد باشد.”

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.