সরল গণিত ভবিষ্যদ্বাণী করে যে ইকোসিস্টেমগুলি কীভাবে ভেঙে পড়বে

অস্পষ্ট ভোমরা, ছোট কমলা ভেড়ার মতো, লিলির মধ্যে উড়ে বেড়ায় যা আর্জেন্টিনার বনের আন্ডারস্টরিকে আবৃত করে, ফুলকে সার দেয় এবং নিজেদের জন্য পুষ্টি পায়। ভিতরে একটি প্রাচীন খড়ের তৃণভূমি ইংল্যান্ডে, ডান্স ফ্লাইস - ব্যালেরিনাসের চেয়ে বেশি বড় মশার মতো দেখতে - কাছাকাছি অমৃত সমৃদ্ধ ফুলগুলিকে উপেক্ষা করে পরাগ দিয়ে ফুলের সন্ধান করে। চালু সেশেলসের একটি পাথুরে দ্বীপ, মৌমাছি এবং মথ সাবধানে তাদের ফুল বাছাই; পরাগায়নকারীর সংখ্যা এবং প্রকারগুলি প্রভাবিত করে কোন গাছপালা পাহাড়ের সাথে লেগে থাকে।

প্রজাতির মধ্যে এই ধরনের মিথস্ক্রিয়া, যা ক্ষেত্র বাস্তুবিদরা তাদের পর্যবেক্ষণে কর্তব্যের সাথে রেকর্ড করেন, পৃথকভাবে নেওয়া অপ্রয়োজনীয় বলে মনে হতে পারে। সামগ্রিকভাবে, তবে, তারা প্রজাতির মিথস্ক্রিয়াগুলির বিস্তারিত গতিবিদ্যা বর্ণনা করে যা একটি বাস্তুতন্ত্র তৈরি করে।

যারা গতিশীলতা সমালোচনামূলক. অনেক প্রাকৃতিক পরিবেশ অবিশ্বাস্যভাবে জটিল সিস্টেম যা একটি স্বতন্ত্র অবস্থা থেকে অন্য রাজ্যে প্রায় অপরিবর্তনীয় রূপান্তরের একটি "টিপিং পয়েন্ট" এর কাছে দোলা দেয়। প্রতিটি বিপর্যয়কর ধাক্কা - দাবানল, ঝড়, দূষণ এবং বন উজাড়ের কারণে সৃষ্ট কিন্তু প্রজাতির ক্ষতির কারণেও - একটি বাস্তুতন্ত্রের স্থিতিশীলতাকে বিঘ্নিত করে। টিপিং পয়েন্ট অতীত, পুনরুদ্ধার প্রায়ই অসম্ভব।

এটা এক গ্লাস জল কাত করার মত, ব্যাখ্যা করা হয়েছে György Barabas, সুইডেনের লিংকোপিং বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন তাত্ত্বিক পরিবেশবিদ। "যদি আমরা এটিকে কিছুটা ধাক্কা দেই তবে এটি ফিরে আসবে," তিনি বলেছিলেন। "তবে আমরা যদি এটিকে অনেক দূরে ঠেলে দিই, তবে এটি টিপ হয়ে যাবে।" একবার গ্লাসটি ভেঙে ফেলা হলে, একটি ছোট ধাক্কা গ্লাসটিকে একটি খাড়া অবস্থানে ফিরিয়ে দিতে বা জল দিয়ে পুনরায় পূরণ করতে পারে না।

এই পরিবেশগত টিপিং পয়েন্টগুলি এবং তাদের সময় নির্ধারণ করে কী তা বোঝা ক্রমবর্ধমান জরুরি। একটি ব্যাপকভাবে উদ্ধৃত 2022 অধ্যয়ন দেখা গেছে যে আমাজন রেইনফরেস্ট শুষ্ক তৃণভূমিতে রূপান্তরের ধারে ক্ষতবিক্ষত হচ্ছে, কারণ বন উজাড় এবং জলবায়ু পরিবর্তন বৃহত্তর অঞ্চলে খরাকে আরও ঘন ঘন এবং তীব্র করে তোলে। সেই রূপান্তরের প্রভাব বিশ্বব্যাপী অন্যান্য ইকোসিস্টেমে ছড়িয়ে পড়তে পারে।

বাস্তুতন্ত্রের গাণিতিক মডেলিংয়ের একটি সাম্প্রতিক অগ্রগতি প্রথমবারের মতো নির্ভুলভাবে অনুমান করা সম্ভব করতে পারে যে বাস্তুতন্ত্রগুলি বিপর্যয়কর টিপিং পয়েন্টের কতটা কাছাকাছি। আবিষ্কারের প্রযোজ্যতা এখনও তীব্রভাবে সীমিত, কিন্তু জিয়ানসি গাও, রেনসেলার পলিটেকনিক ইনস্টিটিউটের একজন নেটওয়ার্ক বিজ্ঞানী যিনি গবেষণার নেতৃত্ব দিয়েছেন, আশাবাদী যে সময়ের সাথে সাথে বিজ্ঞানী এবং নীতিনির্ধারকদের পক্ষে সবচেয়ে বেশি ঝুঁকিপূর্ণ বাস্তুতন্ত্র চিহ্নিত করা সম্ভব হবে এবং তাদের জন্য উপযুক্ত হস্তক্ষেপ করা সম্ভব হবে।

'এখন আপনার একটি নম্বর আছে'

গাণিতিক মডেলগুলি নীতিগতভাবে বিজ্ঞানীদের বুঝতে দেয় যে একটি সিস্টেমকে টিপ করতে কী লাগবে। এই ভবিষ্যদ্বাণীমূলক ক্ষমতা প্রায়শই জলবায়ু মডেলের প্রেক্ষাপটে এবং গ্রীনল্যান্ডের বরফ গলনের মতো বড় ভূ-পদার্থগত সিস্টেমে উষ্ণায়নের প্রভাব নিয়ে আলোচনা করা হয়। কিন্তু বন এবং তৃণভূমির মতো বাস্তুতন্ত্রের টিপিং তর্কযোগ্যভাবে পূর্বাভাস করা কঠিন কারণ অসাধারণ জটিলতার কারণে অনেকগুলি স্বতন্ত্র মিথস্ক্রিয়া রয়েছে, বলেছেন টিম লেন্টন, যিনি ইংল্যান্ডের এক্সেটার বিশ্ববিদ্যালয়ে জলবায়ু টিপিং পয়েন্ট নিয়ে কাজ করেন।

একটি সিস্টেমে প্রতিটি প্রজাতির স্বাতন্ত্র্যসূচক মিথস্ক্রিয়া ক্যাপচার করার জন্য হাজার হাজার গণনার প্রয়োজন হতে পারে, বারবাস বলেন। গণনাগুলি মডেলগুলিকে অত্যন্ত জটিল করে তোলে, বিশেষ করে বাস্তুতন্ত্রের আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে।

গত আগস্ট মাসে প্রকৃতি পরিবেশ ও বিবর্তন &, গাও এবং সহকর্মীদের একটি আন্তর্জাতিক দল দেখিয়েছে কিভাবে হাজার হাজার হিসাব নিকাশ করতে হয় মাত্র একটিতে সমস্ত মিথস্ক্রিয়াগুলিকে একটি একক ওজনযুক্ত গড়ে ভেঙে ফেলার মাধ্যমে। সেই সরলীকরণ ভয়ঙ্কর জটিলতাকে মুষ্টিমেয় মূল ড্রাইভারের কাছে কমিয়ে দেয়।

"একটি সমীকরণের সাথে, আমরা সবকিছু জানি," গাও বলেছিলেন। “আগে, আপনার অনুভূতি আছে। এখন তোমার একটা নম্বর আছে।"

পূর্ববর্তী মডেল যা বলতে পারে যে একটি বাস্তুতন্ত্র সমস্যায় পড়তে পারে কিনা তা নির্ভর করে প্রাথমিক সতর্কতা সংকেত, যেমন একটি শক পরে পুনরুদ্ধারের হার হ্রাস। কিন্তু প্রারম্ভিক সতর্কতা সংকেত শুধুমাত্র একটি সাধারণ ধারণা দিতে পারে যে একটি বাস্তুতন্ত্র একটি পাহাড়ের কিনারায় আসছে, বলেন এগবার্ট ভ্যান নেস, নেদারল্যান্ডসের ওয়াজেনিনজেন বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পরিবেশবিদ যিনি গাণিতিক মডেলগুলিতে বিশেষজ্ঞ। গাও এবং তার সহকর্মীদের কাছ থেকে নতুন সমীকরণটি প্রাথমিক সতর্কতা সংকেতও ব্যবহার করে, তবে এটি ঠিক বলতে পারে যে ইকোসিস্টেমগুলি টিপিংয়ের কতটা কাছাকাছি।

এমনকি দুটি ইকোসিস্টেম একই সতর্কতা সংকেত দেখায়, তবে, পতনের দ্বারপ্রান্তে অগত্যা সমানভাবে কাছাকাছি নয়। তাই গাও-এর দল একটি স্কেলিং ফ্যাক্টরও তৈরি করেছে যা আরও ভাল তুলনা করার অনুমতি দেয়।

মডেলিংয়ের ক্ষেত্রে তাদের নতুন পদ্ধতির পরীক্ষা হিসাবে, গবেষকরা একটি থেকে 54টি বাস্তব বাস্তুতন্ত্র সম্পর্কে ডেটা টেনেছেন অনলাইন ডাটাবেস আর্জেন্টিনার বন, ইংল্যান্ডের তৃণভূমি এবং সেশেলসের পাথুরে পাহাড় সহ বিশ্বের বিভিন্ন স্থান থেকে ক্ষেত্র গবেষণা পর্যবেক্ষণের। তারপরে তারা নতুন মডেল এবং পুরানো মডেল উভয়ের মাধ্যমে সেই ডেটা চালায় যে নতুন সমীকরণটি সঠিকভাবে কাজ করেছে তা নিশ্চিত করতে। দলটি খুঁজে পেয়েছে যে তাদের মডেলটি সমজাতীয় বাস্তুতন্ত্রের জন্য সবচেয়ে ভাল কাজ করে, বাস্তুতন্ত্র আরও বৈচিত্র্যময় হওয়ার সাথে সাথে কম নির্ভুল হয়ে উঠছে।

অনুমান পরীক্ষা করা

বারাবাস উল্লেখ করেছেন যে নতুন উদ্ভূত সমীকরণটি এই ধারণার উপর নির্ভর করে যে প্রজাতির মধ্যে মিথস্ক্রিয়া একটি প্রজাতির মধ্যে ব্যক্তিদের মিথস্ক্রিয়াগুলির তুলনায় অনেক দুর্বল। এটি একটি অনুমান যা বাস্তুশাস্ত্র সাহিত্য দ্বারা দৃঢ়ভাবে সমর্থিত - কিন্তু বাস্তুবিদরা প্রায়শই বিভিন্ন নেটওয়ার্কে প্রজাতির মিথস্ক্রিয়াগুলির ফ্রিকোয়েন্সি এবং শক্তি কীভাবে নির্ধারণ করা যায় তা নিয়ে দ্বিমত পোষণ করেন।

একটি মডেলের অনুমানের মধ্যে এই ধরনের পার্থক্য সবসময় একটি সমস্যা নয়। "প্রায়শই গণিত আশ্চর্যজনকভাবে ক্ষমাশীল হতে পারে," বারবাস বলেছিলেন। যেটি গুরুত্বপূর্ণ তা হল অনুমানগুলি পদ্ধতির উপযোগিতা এবং ফলস্বরূপ ভবিষ্যদ্বাণীগুলির যথার্থতাকে কীভাবে সীমাবদ্ধ করে তা বোঝা। আন্তঃস্পেসিফিক মিথস্ক্রিয়া শক্তিশালী হওয়ার সাথে সাথে গাও-এর সমীকরণ কম সঠিক হয়। বর্তমানে, মডেলটি পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়াগুলির পরিবেশগত নেটওয়ার্কগুলিতেও কাজ করে যেখানে প্রজাতি একে অপরকে উপকৃত করে, যেমন মৌমাছি এবং ফুল করে। এটি শিকারী-শিকার নেটওয়ার্কের জন্য কাজ করে না, যা বিভিন্ন অনুমানের উপর নির্ভর করে। তবে এটি এখনও বোঝার মতো অনেক ইকোসিস্টেমে প্রয়োগ করতে পারে।

অধিকন্তু, আগস্ট প্রকাশের পর থেকে, গবেষকরা ইতিমধ্যেই ভিন্ন ভিন্ন বাস্তুতন্ত্রের জন্য গণনাকে আরও নির্ভুল করার দুটি উপায় বের করেছেন। তারা একটি বাস্তুতন্ত্রের মধ্যে অন্যান্য ধরণের মিথস্ক্রিয়াগুলিও অন্তর্ভুক্ত করছে, যার মধ্যে শিকারী-শিকার সম্পর্ক এবং প্রতিযোগিতামূলক গতিবিদ্যা নামক এক ধরণের মিথস্ক্রিয়া রয়েছে।

এই সমীকরণটি বিকাশ করতে 10 বছর সময় লেগেছে, গাও বলেছেন, এবং বাস্তব-বিশ্বের বাস্তুতন্ত্রের ফলাফলগুলি সঠিকভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করতে সমীকরণগুলির জন্য আরও অনেক সময় লাগবে - যে বছরগুলি মূল্যবান কারণ হস্তক্ষেপের প্রয়োজনীয়তা চাপের বলে মনে হচ্ছে৷ কিন্তু তিনি হতাশ নন, সম্ভবত কারণ, যেমন বারাবাস উল্লেখ করেছেন, এমনকি ভিত্তিমূলক মডেল যা ধারণার প্রমাণ বা একটি ধারণার একটি সাধারণ চিত্র প্রদান করে তা কার্যকর হতে পারে। "নির্দিষ্ট ধরণের মডেল বিশ্লেষণ করা সহজ করে ... তারা সাহায্য করতে পারে এমনকি যদি তারা প্রকৃত সম্প্রদায়ের জন্য সুস্পষ্ট ভবিষ্যদ্বাণী করতে ব্যবহৃত না হয়," বারাবস বলেছেন।

লেন্টন সম্মত হন। "যখন আপনি জটিল সিস্টেমের মুখোমুখি হন, আপেক্ষিক অজ্ঞতার অবস্থান থেকে, যে কোনও কিছুই ভাল," তিনি বলেছিলেন। "আমি উত্তেজিত কারণ আমি মনে করি যে আমরা বাস্তবে আরও ভাল করতে সক্ষম হওয়ার বাস্তব বিন্দুর দিকে এগিয়ে যাচ্ছি।"

দলটি সম্প্রতি 1999 সালের মধ্য আটলান্টিকের একটি সমুদ্রগ্রাস পুনরুদ্ধার প্রকল্পের ডেটাতে প্রয়োগ করে মডেলটির উপযোগিতা দেখিয়েছে। গবেষকরা বাস্তুতন্ত্র পুনরুদ্ধারের জন্য পুনরুদ্ধারের জন্য নির্দিষ্ট পরিমাণ সিগ্রাস নির্ধারণ করেছেন। ভবিষ্যতে, গাও নিউ ইয়র্কের লেক জর্জে মডেলটি চালানোর জন্য পরিবেশবিদদের সাথে কাজ করার পরিকল্পনা করেছেন, যা রেনসেলার প্রায়শই একটি পরীক্ষার বিছানা হিসাবে ব্যবহার করে।

গাও-এর আশা যে কোনও দিন এই মডেলটি অপরিবর্তনীয় ক্ষতি রোধ করতে সংরক্ষণ এবং পুনরুদ্ধারের প্রচেষ্টা সম্পর্কে সিদ্ধান্ত জানাতে সাহায্য করতে পারে। "এমনকি যখন আমরা জানি সিস্টেমটি হ্রাস পাচ্ছে," তিনি বলেছিলেন, "আমাদের এখনও কিছু করার সময় আছে।"