Хаос встречается в экосистемах гораздо чаще, чем думали ученые

Популяции организмов в естественных экосистемах никогда не остаются статичными. Их численность постоянно изменяется, и ученые стремятся понять, регулярны эти колебания (то есть меняются ли они вокруг некоторого теоретически «устойчивого» равновесия) либо случайны — совершенно непредсказуемые, хаотические. Примером хаотической системы может служить погода, которая предсказуема только в краткосрочной, но не в долгосрочной перспективе, а также крайне чувствительна к небольшим изменениям начальных условий.

Понимание динамики популяции крайне важно для предсказания ее размеров и реакций на внешние воздействия. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (США) пришли к выводу, что в естественных экосистемах хаос встречается гораздо чаще, чем считалось ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

Согласно выводам этой работы, хаотическая динамика характерна более чем для 30% от всех изученных популяций. Предыдущие подобные исследования показывали, что хаос в естественных популяциях либо встречается крайне редко, либо отсутствует в принципе. По мнению авторов статьи, этот вывод мог быть связан с ограниченными данными и использованием некорректных методов, а не с реальной стабильностью экосистем.

Огромные объемы данных, существующих сегодня, позволяют анализировать динамику популяций на протяжении длительного времени, что крайне важно для поиска хаотических колебаний. В исследовании ученые использовали новые или обновленные алгоритмы обнаружения хаоса, которые подвергли тщательному тестированию на смоделированных наборах данных. Затем они применили три лучших метода к набору данных о динамике 172 популяций из базы Global Population Dynamics.

Наличие хаотической динамики популяции было связано с продолжительностью жизни и размером тела животных. Хаос оказался наиболее распространен в популяциях планктона и насекомых, а наименее — среди птиц и млекопитающих. Результаты исследования показали, что экологические прогнозы могут иметь внутренние ограничения. Авторы советуют избегать предсказаний, основанных на равновесии, особенно в отношении короткоживущих видов.

Их результаты можно широко применить при разработке природоохранных стратегий. Например, при управлении рыболовством необходимо прогнозировать численность популяции рыб, чтобы устанавливать ограничение на отлов. При этом нужно учитывать наличие хаоса в системе, иначе можно упустить возможности краткосрочного прогнозирования или же совершить множество ошибок в долгосрочных предсказаниях.