Вступ
Понад чотири десятиліття тому польові екологи вирішили кількісно визначити різноманітність дерев на лісовій ділянці на острові Барро Колорадо в Панамі, одному з найбільш інтенсивно досліджуваних лісів на планеті. Почали рахувати кожне дерево, стовбур якого ширше сантиметра. Вони визначили вид, виміряли стовбури та підрахували біомасу кожної особини. Вони поставили драбини на дерева, оглянули саджанці і все це зафіксували розлогі електронні таблиці.
Дивлячись на дані, що накопичуються рік за роком, вони почали помічати в них щось дивне. Різноманітність дерев на крихітному острові площею 300 квадратних кілометрів, що налічує понад 15 видів, вражає. Але розподіл дерев серед цих видів також був дуже однобоким, причому більшість дерев належали лише кільком видам.
Починаючи з тих перших досліджень, цей надто наповнений, дуже нерівномірний візерунок неодноразово спостерігався в екосистемах по всьому світу, особливо в тропічних лісах. Еколог Стівен Хаббелл з Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі, який брав участь у дослідженні Barro Colorado, вважає, що менше 2% видів дерев в Амазонці становлять половину всіх окремих дерев, тобто 98% видів зустрічаються рідко.
Таке високе біорізноманіття суперечить прогнозам, зробленим провідною теорією екології, яка говорить, що в стабільній екосистемі кожна ніша або роль повинна бути зайнята одним видом. Теорія ніші припускає, що недостатньо ніш, щоб забезпечити стабільне існування всіх видів, які бачили екологи. Конкуренція за ніші між подібними видами мала призвести до вимирання раритетів.
Новий папір для екологічного моделювання in природа by Джеймс О'Двайєр та Кеннет Джопс Університету Іллінойсу, Урбана-Шампейн, пояснює принаймні частину цієї невідповідності. Вони виявили, що види, які, здавалося б, повинні бути прямими конкурентами, можуть мати спільну екосистему, якщо деталі історії їхнього життя — наприклад, скільки вони живуть і скільки у них потомства — збігаються правильно. Їхня робота також допомагає пояснити, чому один із найуспішніших способів моделювання екології часто дає точні результати, навіть якщо він замовчує майже все, що ми знаємо про функціонування організмів.
Вступ
Ще в 2001 році парадоксально високе біорізноманіття на острові Барро Колорадо надихнуло Хаббелла запропонувати новаторський нейтральна теорія екології. Традиційна теорія екології підкреслювала конкуренцію за ніші між видами. Але Хаббелл зазначив, що види можуть не мати значення в цьому рівнянні, тому що, по суті, індивіди конкурують за ресурси з представниками свого власного виду. Він припустив, що моделі різноманітності в екосистемах можуть бути здебільшого результатом випадкових процесів.
Для теорії, яка стосувалася біорізноманіття, нейтральна теорія Хаббелла була рідкісною. Він ігнорував варіації в тривалості життя, особливості харчування та інші деталі, які відрізняють один вид від іншого. У моделях, заснованих на теорії, кожна особина в теоретичній екосистемі є ідентичною. Після того, як годинник запускається, екосистема еволюціонує стохастично, коли особини випереджають і змінюють один одного випадковим чином. Теорія повністю суперечила видовим підходам до екології, і викликала палкі дебати серед екологів, оскільки здавалася такою нерозумною.
Проте дивно, що в ході випадкових блукань у нейтральних моделях вони відтворювали ключові особливості того, що Хаббелл і його колеги бачили в своїх даних з острова Барро Колорадо, і те, що бачили інші в інших місцях. У цьому моделюванні, яке майже перекручено не визнає відмінностей, є проблиски реального світу.
Ця напруга між моделями та реальністю давно цікавить О'Двайєра. Чому, здається, нейтральна теорія спрацювала так добре? Чи був спосіб отримати інформацію про те, як функціонують види, щоб отримати результати, які могли б виглядати ще більш реалістичними?
Однією з речей, які роблять нейтральні моделі привабливими, сказав О'Двайер, є те, що вони дійсно є глибокі універсальності серед багатьох живих істот. Хоча види тварин не ідентичні, вони надзвичайно схожі на рівні, скажімо, системи кровообігу. Ті самі цифри щодо фізіології знову і знову виникають у тварин і рослин, відображаючи, можливо, обмеження їхньої спільної еволюційної історії. Відповідно до принципу, який називається законом Клейбера, наприклад, швидкість метаболізму тварини, як правило, зростає з її розміром, змінюючись як степеневий закон — той самий степеневий закон, незалежно від виду. (Було запропоновано кілька теорій про те, чому закон Клейбера є істинним, але відповідь все ще обговорюється.)
Враховуючи ці ознаки основного порядку, О'Двайєр задався питанням, чи деякі деталі того, як живуть організми, мають більше значення, ніж інші, у визначенні того, наскільки успішно види конкуруватимуть і виживатимуть протягом еволюційного часу. Знову візьміть метаболізм: якщо екосистему можна розглядати як вираження метаболізму її мешканців, тоді розміри організмів є особливими, значними числами. Розмір особини може бути більш корисним для моделювання її долі в часі, ніж будь-яка кількість інших деталей про її раціон чи видову ідентичність.
О'Двайер задався питанням, чи може один із цих вирішальних, привілейованих факторів бути охоплений історією життя, концепцією, яка поєднує статистику виду, таку як середня кількість нащадків, час до статевої зрілості та тривалість життя. Уявіть собі ділянку з 50 окремих рослин. У кожного своя тривалість життя, своя схема розмноження. Через три місяці одна рослина може дати 100 насінин, а інша подібна — 88. Можливо, 80% їхнього насіння проросте, створивши наступне покоління, яке пройде власну версію цього циклу. Навіть у межах одного виду чисельність окремих рослин змінюватиметься, іноді незначно, іноді значно, це явище називається демографічним шумом. Якщо ця зміна є випадковою, як у нейтральній теорії Хаббелла, то які закономірності виникнуть протягом наступних поколінь?
О'Двайєр знав, що знайшов когось, хто міг би допомогти йому дослідити це питання, коли Джопс приєднався до його лабораторії як аспірант. Раніше Джопс досліджував, чи можуть моделі, що використовують історії життя, передбачити, чи виживе вразливий вид рослин, чи він на шляху до виходу. Разом вони почали вигадувати математику, яка б описувала, що відбувається, коли історія життя зустрічається з конкуренцією.
У моделі Джопса та О'Двайєра, як і в нейтральних моделях, важливою є стохастичність — вплив випадкових факторів на детерміновані взаємодії між видами. Життєві історії видів, однак, можуть посилювати або зменшувати вплив цієї випадковості. «Історія життя — це свого роду лінза, через яку працює демографічний шум», — сказав О'Двайер.
Коли дослідники дозволили своїй моделі розвиватися в часі, перевіряючи кожну змодельовану особину, вони виявили, що певні види можуть існувати поруч один з одним протягом тривалого часу, навіть якщо вони конкурують за ті самі ресурси. Заглиблюючись у цифри для пояснення, Джопс і О'Двайер виявили, що складний термін під назвою ефективний розмір популяції здається корисним для опису свого роду взаємодоповнюваності, яка може існувати між видами. Це включало той факт, що вид може мати високу смертність в один момент свого життєвого циклу, а потім низьку смертність в інший, тоді як комплементарний вид може мати низьку смертність у перший момент і високу смертність у другий. Чим більш подібним був цей термін для двох видів, тим більша ймовірність, що пара зможе жити поруч один з одним, незважаючи на конкуренцію за простір і харчування.
«Вони відчувають демографічний шум з однаковою амплітудою», — сказав О'Двайер. «Це ключ до того, щоб вони довго жили разом».
Вступ
Дослідникам було цікаво, чи схожі моделі переважають у реальному світі. Вони малювали на База даних COMPADRE, де містяться відомості про тисячі видів рослин, грибів і бактерій, зібраних у результаті різноманітних досліджень і джерел, і вони зосереджені на багаторічних рослинах, які жили разом на тих самих дослідницьких ділянках. Вони виявили, що, як і передбачала їхня модель, види рослин, які жили разом, мали схожу життєву історію: пари видів, що живуть в одній екосистемі, як правило, більше доповнюють один одного, ніж випадково взяті пари.
Отримані результати показують шляхи, за допомогою яких види, які не обов’язково знаходяться в прямій конкуренції, можуть добре працювати поряд один з одним, не залучаючи окремих ніш, сказав Аннет Остлінг, професор біології Техаського університету в Остіні. «Найкрутіше те, що вони підкреслюють, що ці ідеї… можуть поширюватися на види, які досить різні, але доповнюють один одного», — сказала вона.
До Вільям Кунін, професора екології в Університеті Лідса в Англії, у статті пропонується одна з причин, чому природний світ, незважаючи на всю його складність, може нагадувати нейтральну модель: екологічні процеси можуть мати спосіб скасовувати один одного, так що те, що здається як нескінченна різноманітність може мати простий результат, який він описав як «виникаючий нейтралітет». Хаббелл, зі свого боку, цінує розширення своєї початкової роботи. «Вона пропонує деякі думки про те, як узагальнити нейтральні моделі, налаштувати їх, щоб додати трохи видових відмінностей, розширюючи та звужуючи, щоб побачити, що відбувається з різноманітністю в місцевій громаді», — сказав він.
Однак це лише одна частина проблеми розуміння того, як виникає біорізноманіття та чому воно зберігається. «В екології ми боремося зі зв’язком між шаблоном і процесом. Багато різних процесів можуть створити одну і ту саму модель», — сказав Остлінг. О'Двайер сподівається, що в найближчі роки більше даних про реальний світ допоможе дослідникам зрозуміти, чи ефективна чисельність населення постійно може пояснити співіснування.
Кунін сподівається, що стаття надихне інших продовжувати працювати з ідеями нейтральної теорії. У сфері, де вже давно панують унікальні якості окремих людей, а не їхні спільні ознаки, нейтральна теорія змусила екологів бути креативними. «Це викинуло нас із наших розумових колій і змусило задуматися про те, які речі дійсно важливі», — сказав він.
Хаббелл, який стільки років тому розв’язав нейтральну теорію екології, задається питанням, чи справді величезні масиви даних про справжні ліси можуть дати такі деталі, які необхідні, щоб зробити зв’язок між історією життя та біорізноманіттям більш чітким. «Я сподівався, що це така побудова нейтральної теорії», — сказав він про нову статтю. «Але це лише маленький крок до справжнього розуміння різноманітності».
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
- джерело: https://www.quantamagazine.org/the-key-to-species-diversity-may-be-in-their-similarities-20230626/
- : має
- :є
- : ні
- :де
- ][стор
- $UP
- 100
- 2%
- 2001
- 50
- a
- Здатний
- МЕНЮ
- AC
- За
- рахунки
- точний
- після
- знову
- назад
- ВСІ
- пліч-о-пліч
- Також
- Amazon
- серед
- an
- та
- -Анджелесі
- тварина
- тварини
- Інший
- відповідь
- будь-який
- привабливий
- підходи
- ЕСТЬ
- навколо
- Прибуває
- AS
- At
- Остін
- середній
- дитина
- заснований
- BE
- оскільки
- було
- почалася
- за
- між
- біологія
- Біт
- приносити
- Створюємо
- але
- by
- розрахований
- Каліфорнія
- званий
- CAN
- захоплений
- певний
- ясніше
- годинник
- тісно
- колеги
- Колорадо
- комбінати
- майбутній
- співтовариство
- конкурувати
- конкурують
- конкурс
- конкурентів
- взаємодоповнюючі
- повністю
- комплекс
- складність
- концепція
- обмеження
- договірних
- може
- підрахунок
- Креатив
- урожай
- вирішальне значення
- цикл
- дані
- набори даних
- дебати
- десятиліття
- глибше
- демографічний
- описувати
- описаний
- Незважаючи на
- деталь
- деталі
- визначення
- DID
- дієта
- Відмінності
- різний
- прямий
- відкритий
- невідповідність
- чіткий
- розрізняти
- розподіл
- різноманітність
- звертається
- кожен
- Рано
- Екологічний
- екосистема
- екосистеми
- ефект
- Ефективний
- ефекти
- в іншому місці
- з'являтися
- включіть
- інкапсульований
- Нескінченний
- England
- досить
- Оцінки
- Навіть
- Кожен
- еволюціонує
- приклад
- існувати
- розширюється
- розширення
- досвід
- Пояснювати
- Пояснює
- пояснення
- дослідити
- вираз
- продовжити
- вимирання
- Face
- факт
- фактори
- доля
- риси
- кілька
- поле
- результати
- Перший
- для
- ліс
- знайдений
- чотири
- від
- функція
- в цілому
- покоління
- покоління
- отримати
- Go
- випускник
- новаторський
- було
- Половина
- забивати
- траплятися
- відбувається
- Мати
- he
- сильно
- Герой
- допомога
- допомагає
- Високий
- виділивши
- дуже
- його
- його
- історія
- сподівається,
- сподіваючись
- будинку
- Як
- How To
- Однак
- HTTP
- HTTPS
- i
- ідеї
- однаковий
- ідентифікований
- Особистість
- if
- Іллінойс
- картина
- величезний
- важливо
- in
- Збільшує
- індивідуальний
- осіб
- вплив
- інформація
- початковий
- вселяти
- натхненний
- Взаємодії
- зацікавлений
- в
- острів
- IT
- ЙОГО
- приєднався
- просто
- тільки один
- тримати
- ключ
- Дитина
- Знати
- lab
- в значній мірі
- закон
- провідний
- найменш
- менше
- рівень
- життя
- як
- Ймовірно
- Лінія
- трохи
- жити
- життя
- місцевий
- Довго
- багато часу
- подивитися
- подивився
- шукати
- в
- Лос-Анджелес
- серія
- низький
- made
- журнал
- зробити
- манера
- багато
- узгодження
- математики
- Матерія
- зрілість
- Може..
- сенс
- відповідає
- члени
- психічний
- метаболізм
- може бути
- модель
- моделювання
- Моделі
- місяців
- більше
- найбільш
- Природний
- природа
- обов'язково
- необхідний
- Нейтральний
- Нові
- наступний
- NIH
- немає
- шум
- Зверніть увагу..
- номер
- номера
- поживний
- Шанси
- of
- запропонований
- Пропозиції
- часто
- on
- один раз
- ONE
- тільки
- or
- порядок
- Інше
- інші
- наші
- з
- Результат
- випереджаючий
- над
- власний
- пара
- пар
- Панама
- Папір
- частина
- особливо
- Викрійки
- моделі
- може бути
- періодів
- зберігається
- явище
- планета
- Рослини
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- точка
- населення
- влада
- передбачати
- передвіщений
- Прогнози
- досить
- переважав
- раніше
- принцип
- привілейовані
- Проблема
- процес
- процеси
- виробляти
- випускає
- виробництво
- Продукти
- Професор
- прогрес
- прогресував
- put
- Поклавши
- якості
- питання
- випадковий
- випадковість
- РІДНІ
- ставка
- швидше
- реальний
- Реальний світ
- реалістичний
- Реальність
- насправді
- причина
- записаний
- зменшити
- відносини
- ПОВТОРНО
- відтворення
- дослідження
- Дослідники
- ресурси
- результати
- право
- Роль
- Зазначений
- то ж
- бачив
- say
- говорить
- Масштабування
- другий
- побачити
- Насіння
- здається
- здавалося
- Здається,
- бачив
- посланий
- комплект
- набори
- кілька
- Сексуальний
- Поділитись
- загальні
- вона
- Повинен
- значний
- Ознаки
- аналогічний
- схожість
- простий
- Розмір
- розміри
- So
- деякі
- Хтось
- що в сім'ї щось
- Джерела
- Простір
- span
- прольоти
- спеціальний
- стабільний
- почалася
- починається
- статистика
- Крок
- Як і раніше
- боротьба
- студент
- навчався
- Дослідження
- успішний
- Успішно
- такі
- пропонувати
- Запропонує
- виживати
- Влада
- система
- Приймати
- команда
- термін
- Техас
- ніж
- Що
- Команда
- світ
- їх
- Їх
- потім
- теоретичний
- теорія
- Там.
- Ці
- вони
- речі
- думати
- це
- ті
- хоча?
- тисячі
- три
- через
- час
- до
- разом
- занадто
- до
- традиційний
- дерево
- Дерева
- правда
- по-справжньому
- два
- UCLA
- що лежить в основі
- розуміння
- створеного
- університет
- Університет Каліфорнії
- розв’язаний
- до
- us
- використання
- різноманітність
- версія
- Вразливий
- було
- шлях..
- способи
- we
- webp
- ДОБРЕ
- були
- Що
- коли
- Чи
- який
- в той час як
- ВООЗ
- чому
- ширше
- волі
- з
- в
- без
- Work
- робочий
- працює
- світ
- б
- рік
- років
- вихід
- зефірнет