Физики из Complexity Science Hub (CSH) в Италии разработали новый способ анализа экосистем, который помогает находить уязвимые виды там, где их раньше не замечали.

Например, в кипарисовых болотах Флориды под угрозой оказались не только очевидные кандидаты, но и кролики с ящерицами — те, кого раньше не считали ключевыми.

Ключевой вид (keystone species) — вид, исчезновение которого приведет к резким изменениям в экосистеме и может вызвать вымирание других организмов. Например, если исчезнут фитопланктон или опылители, вся пищевая цепочка рухнет.

Исследование, опубликованное в издании Chaos, Solitons & Fractals, предлагает инструмент для оценки роли видов в пищевой цепочке и их устойчивости.

Метод работает не хуже традиционных моделей, а в чем-то  даже лучше — особенно когда нужно выявить виды на грани исчезновения.

Мы смогли определить экологические роли, просто анализируя данные о связях между видами, без глубоких биологических знаний, — говорит Эмануэле Кало, ведущий автор исследования. — Это особенно полезно для оценки биоразнообразия в регионах, где не хватает экспертов или детальных исследований.

Кало работал над методом вместе с коллегами из CSH — Вито Д. П. Серведио и Джордано Де Марцо.

Как это работает

Экосистемы по всему миру страдают от изменений климата, разрушения среды и чрезмерной эксплуатации. Чтобы эффективно защищать виды, нужно понимать, кто играет ключевую роль. Новый метод помогает выделить два параметра для каждого вида:

• Важность — сколько других видов от него зависят как от источника пищи.
• Устойчивость — насколько вид способен выживать, если его привычная еда исчезает.

Например, в кипарисовых болотах Флориды:

• Фитопланктон оказался критически важным — его исчезновение потянет за собой множество других видов.
• Аллигаторы, наоборот, устойчивы: у них разнообразный рацион, и им проще пережить кризис.
• Ящерицы и кролики хоть и не ключевые, но находятся в зоне риска — их выживание под вопросом.

Неожиданная связь

Самое удивительное, что методы из экономики оказались применимы к экологии, — говорит Серведио. — Казалось бы, торговые сети и пищевые цепочки — совсем разные вещи. Но математические модели, которые описывают конкуренцию стран на мировом рынке, отлично работают и для анализа экосистем.

Метод позволяет быстро и без дорогостоящих полевых исследований выявлять ключевые и уязвимые виды. Это особенно важно для регионов, где нет ресурсов на глубокий анализ. Например, можно заранее спрогнозировать, исчезновение каких животных вызовет цепную реакцию, и направить усилия на их защиту.

Метод опирается на сетевые данные, но не учитывает динамические изменения в экосистемах — например, как виды адаптируются к новым условиям. Если пищевые привычки резко меняются из-за климата, модель может дать неточный прогноз.

Ранее ученые заявили, что климат угрожает каждому четвертому виду животных.