Хаос достаточно распространен в экологических системах

Американские исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе установили, что хаос в природных популяциях встречается гораздо чаще, чем считалось ранее. Учет хаотических флуктуаций важен для понимания того, как именно нужно производить кратко- и долгосрочные прогнозы. Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.

Численность популяций организмов в естественных экосистемах подвержена частым флуктуациям. Для экологов важно понимать, являются ли эти колебания регулярными, то есть изменяющимися вокруг теоретически «стабильной» точки равновесия, или хаотическими. Поведение хаотических систем можно предсказать в краткосрочной перспективе, а в долгосрочной — нет. Также такие системы очень чувствительны к небольшим различиям в исходных условиях.

Ученые использовали ряд алгоритмов, позволяющих выявить хаос, и протестировали их на нескольких наборах симулированных данных. Это позволило выявить три наилучших алгоритма. С помощью них ученые проанализировали данные об изменениях 172 популяций во времени. Эти данные были получены из Базы данных глобальной динамики популяций. Оказалось, около 30% этих популяций характеризуются хаотическими изменениями.

В предыдущих метаанализах, напротив, хаос в природных популяциях встречался редко или и вовсе отсутствовал. Ученые объясняют это не стабильностью экосистем, а ограниченным количеством данных и использованием неподходящих, предвзятых к хаосу методов. Сейчас исследователи располагают данными за большие промежутки времени, поэтому новые результаты точнее.

Кроме того, анализ популяций выявил интересную закономерность — связь между хаотической динамикой, длительностью жизни организмов и размерами их тела. Наиболее подвергнутыми хаосу были планктон и насекомые, наименее — птицы и млекопитающие, а рыбы занимали промежуточное положение. Таким образом, у организмов, которые живут достаточно мало, чаще наблюдалась хаотическая динамика. Для них также характерны циклы, состоящие из подъемов и спадов. Эти сведения могут быть важны для экологического прогнозирования, а также для разработки подходов для сохранения видов.