آسان ریاضی کی پیشین گوئی کرتی ہے کہ ماحولیاتی نظام ٹوٹنے کے کتنے قریب ہیں۔

دھندلی بھومبلیاں، چھوٹی نارنجی بھیڑوں کی طرح، کنول کے درمیان اڑتی ہیں جو ارجنٹائن کے جنگل کی تہہ کو کم کرتی ہیں، پھولوں کو کھاد دیتی ہیں اور اپنے لیے غذائیت حاصل کرتی ہیں۔ میں ایک قدیم گھاس کا میدان انگلینڈ میں، ناچتی مکھیاں - بیلرینا سے زیادہ بڑے مچھروں کی طرح نظر آتی ہیں - آس پاس کے امرت سے بھرپور پھولوں کو نظر انداز کرتے ہوئے جرگ کے ساتھ پھولوں کا شکار کرتی ہیں۔ پر سیشلز میں ایک چٹانی جزیرہشہد کی مکھیاں اور کیڑے اپنے پھول احتیاط سے چنتے ہیں۔ پولینیٹرز کی تعداد اور اقسام متاثر کرتی ہیں کہ کون سے پودے چٹانوں سے چمٹے رہتے ہیں۔

پرجاتیوں کے درمیان اس قسم کے تعاملات، جنہیں فیلڈ ماہر ماحولیات اپنے مشاہدات میں فرض کے ساتھ ریکارڈ کرتے ہیں، انفرادی طور پر لیے جانے والے غیر ضروری معلوم ہو سکتے ہیں۔ مجموعی طور پر، تاہم، وہ پرجاتیوں کے تعاملات کی تفصیلی حرکیات کو بیان کرتے ہیں جو ایک ماحولیاتی نظام بناتے ہیں۔

وہ حرکیات اہم ہیں۔ بہت سے قدرتی ماحول ناقابل یقین حد تک پیچیدہ نظام ہیں جو ایک الگ حالت سے دوسری حالت میں تقریباً ناقابل واپسی منتقلی کے "ٹپنگ پوائنٹ" کے قریب ڈگمگا رہے ہیں۔ ہر تباہ کن جھٹکا - جنگل کی آگ، طوفان، آلودگی اور جنگلات کی کٹائی کی وجہ سے بلکہ پرجاتیوں کے نقصان سے بھی - ایک ماحولیاتی نظام کے استحکام کو متاثر کرتا ہے۔ ٹپنگ پوائنٹ سے گزرتے ہوئے، بازیابی اکثر ناممکن ہوتی ہے۔

یہ ایک گلاس پانی کو جھکانے کے مترادف ہے۔ György Barabas، سویڈن کی Linköping یونیورسٹی میں ایک نظریاتی ماحولیات کے ماہر۔ "اگر ہم اسے تھوڑا سا دھکا دیں گے تو یہ واپس آجائے گا،" انہوں نے کہا۔ "لیکن اگر ہم اسے بہت دور دھکیلتے ہیں، تو یہ ختم ہوجائے گا۔" ایک بار جب شیشہ گرا دیا جائے تو، ایک چھوٹا سا دھکا شیشے کو سیدھے مقام پر واپس نہیں کر سکتا یا اسے پانی سے بھر نہیں سکتا۔

یہ سمجھنا کہ ان ماحولیاتی ٹپنگ پوائنٹس اور ان کے وقت کا تعین کیا ہوتا ہے تیزی سے ضروری ہے۔ ایک وسیع پیمانے پر حوالہ دیا گیا ہے۔ 2022 مطالعہ نے پایا کہ ایمیزون کے بارشی جنگل خشک گھاس کے میدان میں منتقلی کے کنارے پر چھا رہے ہیں، کیونکہ جنگلات کی کٹائی اور موسمیاتی تبدیلی بڑے علاقوں میں خشک سالی کو زیادہ بار بار اور شدید بناتی ہے۔ اس منتقلی کے اثرات عالمی سطح پر دوسرے ماحولیاتی نظام پر پھیل سکتے ہیں۔

ماحولیاتی نظام کی ریاضیاتی ماڈلنگ میں ایک حالیہ پیش رفت پہلی بار اس بات کا اندازہ لگانا ممکن بنا سکتی ہے کہ ماحولیاتی نظام تباہ کن ٹپنگ پوائنٹس کے کتنے قریب ہیں۔ دریافت کی قابل اطلاق اب بھی تیزی سے محدود ہے، لیکن جیانشی گاوRensselaer Polytechnic Institute کے ایک نیٹ ورک سائنسدان جس نے اس تحقیق کی قیادت کی، امید ہے کہ وقت کے ساتھ ساتھ سائنس دانوں اور پالیسی سازوں کے لیے یہ ممکن ہو جائے گا کہ وہ ماحولیاتی نظاموں کی شناخت کر سکیں جو سب سے زیادہ خطرے میں ہیں اور ان کے لیے موزوں مداخلتیں ہیں۔

'اب آپ کے پاس ایک نمبر ہے'

ریاضی کے ماڈل اصولی طور پر سائنس دانوں کو یہ سمجھنے کی اجازت دے سکتے ہیں کہ کسی نظام کو ٹپ کرنے کے لیے اس کی کیا ضرورت ہے۔ اس پیشن گوئی کی صلاحیت کو اکثر آب و ہوا کے ماڈلز اور بڑے جیو فزیکل سسٹمز جیسے پگھلنے والی گرین لینڈ برف کی چادر پر گرمی کے اثرات کے تناظر میں زیر بحث لایا جاتا ہے۔ لیکن جنگلات اور گھاس کے میدان جیسے ماحولیاتی نظام کی ٹپنگ کی پیش گوئی کرنا مشکل ہے کیونکہ غیر معمولی پیچیدگی کی وجہ سے جو بہت سے الگ الگ تعاملات کے ساتھ آتی ہے، نے کہا۔ ٹم Lenton، جو انگلینڈ کی یونیورسٹی آف ایکسیٹر میں موسمیاتی ٹپنگ پوائنٹس پر کام کرتا ہے۔

باراباس نے کہا کہ ایک نظام میں ہر نوع کے مخصوص تعاملات کو حاصل کرنے کے لیے ہزاروں حسابات کی ضرورت ہو سکتی ہے۔ حسابات ماڈلز کو انتہائی پیچیدہ بنا دیتے ہیں، خاص طور پر جیسے جیسے ماحولیاتی نظام کا سائز بڑھتا ہے۔

گزشتہ اگست میں فطرت ایکولوجی اور ارتقاء، گاو اور ساتھیوں کی ایک بین الاقوامی ٹیم نے دکھایا کہ ہزاروں حساب کتاب کیسے کرتے ہیں صرف ایک میں تمام تعاملات کو ایک واحد وزنی اوسط میں سمٹ کر۔ یہ آسانیاں زبردست پیچیدگی کو صرف چند کلیدی ڈرائیوروں تک کم کر دیتی ہیں۔

"ایک مساوات کے ساتھ، ہم سب کچھ جانتے ہیں،" گاو نے کہا۔ "اس سے پہلے، آپ کو ایک احساس ہے. اب آپ کے پاس ایک نمبر ہے۔

پچھلے ماڈلز جو یہ بتا سکتے ہیں کہ آیا ایک ماحولیاتی نظام مشکل میں ہے ان پر انحصار کیا گیا تھا۔ ابتدائی انتباہی سگنل، جیسے جھٹکے کے بعد بحالی کی شرح میں کمی۔ لیکن ابتدائی انتباہی سگنل صرف ایک عام احساس دے سکتے ہیں کہ ایک ماحولیاتی نظام ایک چٹان کے کنارے پر پہنچ رہا ہے۔ ایگبرٹ وین نیس، نیدرلینڈ کی ویگننگن یونیورسٹی میں ایک ماہر ماحولیات جو ریاضی کے ماڈلز میں مہارت رکھتا ہے۔ گاو اور ان کے ساتھیوں کی جانب سے نئی مساوات ابتدائی انتباہی سگنلز کا بھی استعمال کرتی ہے، لیکن یہ بالکل بتا سکتی ہے کہ ماحولیاتی نظام ٹپنگ کے کتنے قریب ہیں۔

یہاں تک کہ دو ماحولیاتی نظام جو یکساں انتباہی سگنل دکھا رہے ہیں، تاہم، ضروری نہیں کہ تباہی کے دہانے کے قریب ہوں۔ اس لیے گاو کی ٹیم نے ایک اسکیلنگ عنصر بھی تیار کیا جو بہتر موازنہ کی اجازت دیتا ہے۔

ماڈلنگ کے بارے میں ان کے نئے نقطہ نظر کے امتحان کے طور پر، محققین نے ایک سے 54 حقیقی ماحولیاتی نظاموں کے بارے میں ڈیٹا نکالا۔ آن لائن ڈیٹا بیس دنیا بھر کے مقامات سے فیلڈ ریسرچ کے مشاہدات - بشمول ارجنٹائن کے جنگلات، انگلینڈ میں گھاس کے میدان اور سیشلز میں چٹانی چٹانیں۔ پھر انہوں نے اس ڈیٹا کو نئے ماڈل اور پرانے ماڈلز دونوں کے ذریعے اس بات کی تصدیق کے لیے چلایا کہ نئی مساوات ٹھیک سے کام کر رہی ہے۔ ٹیم نے پایا کہ ان کا ماڈل یکساں ماحولیاتی نظام کے لیے بہترین کام کرتا ہے، جو کہ ماحولیاتی نظام زیادہ متنوع ہونے کے ساتھ کم درست ہوتا جا رہا ہے۔

مفروضوں کی جانچ کرنا

باراباس نے نشاندہی کی کہ نئی اخذ کردہ مساوات اس مفروضے پر منحصر ہے کہ پرجاتیوں کے درمیان تعاملات ایک پرجاتی کے اندر افراد کے تعاملات سے کہیں زیادہ کمزور ہیں۔ یہ ایک مفروضہ ہے جس کی ماحولیاتی ادب کی طرف سے بھرپور حمایت کی گئی ہے - لیکن ماہرین ماحولیات اکثر اس بات سے متفق نہیں ہوتے ہیں کہ مختلف نیٹ ورکس میں پرجاتیوں کے تعاملات کی تعدد اور طاقت کا تعین کیسے کیا جائے۔

ماڈل کے مفروضوں میں اس طرح کے اختلافات ہمیشہ ایک مسئلہ نہیں ہوتے ہیں۔ باراباس نے کہا، "اکثر ریاضی حیرت انگیز طور پر معاف کرنے والی ہو سکتی ہے۔ اہم بات یہ سمجھنا ہے کہ مفروضے طریقہ کار کی افادیت اور نتیجے کی پیشین گوئیوں کی درستگی کو کس طرح روکتے ہیں۔ Gao کی مساوات کم درست ہو جاتی ہے کیونکہ ایک دوسرے سے متعلق تعاملات مضبوط ہو جاتے ہیں۔ فی الحال، ماڈل صرف باہمی تعاملات کے ماحولیاتی نیٹ ورکس پر کام کرتا ہے جس میں پرجاتیوں کو ایک دوسرے کو فائدہ پہنچتا ہے، جیسا کہ شہد کی مکھیاں اور پھول کرتے ہیں۔ یہ شکاری شکار والے نیٹ ورکس کے لیے کام نہیں کرتا، جو مختلف مفروضوں پر منحصر ہے۔ لیکن یہ اب بھی بہت سے ماحولیاتی نظاموں پر لاگو ہوسکتا ہے جو سمجھنے کے قابل ہے۔

مزید برآں، اگست کی اشاعت کے بعد سے، محققین نے متفاوت ماحولیاتی نظام کے لیے حساب کتاب کو زیادہ درست بنانے کے لیے پہلے ہی دو طریقے تلاش کیے ہیں۔ وہ ایک ماحولیاتی نظام کے اندر دوسرے قسم کے تعاملات کو بھی شامل کر رہے ہیں، بشمول شکاری-شکار تعلقات اور ایک قسم کی تعامل جسے مسابقتی حرکیات کہتے ہیں۔

گاو نے کہا، اس مساوات کو تیار کرنے میں 10 سال لگے، اور مساوات کو حقیقی دنیا کے ماحولیاتی نظام کے نتائج کی درست پیشین گوئی کرنے میں اور بھی بہت زیادہ وقت لگے گا - وہ سال جو قیمتی ہیں کیونکہ مداخلت کی ضرورت پر زور لگتا ہے۔ لیکن وہ مایوس نہیں ہے، شاید اس لیے کہ، جیسا کہ باراباس نے نوٹ کیا، یہاں تک کہ بنیادی ماڈل بھی جو تصور کا ثبوت فراہم کرتے ہیں یا کسی خیال کی ایک سادہ مثال بھی کارآمد ہو سکتے ہیں۔ "کچھ قسم کے ماڈلز کا تجزیہ کرنا آسان بنا کر … وہ مدد کر سکتے ہیں چاہے وہ حقیقی کمیونٹیز کے لیے واضح پیشین گوئیاں کرنے کے لیے استعمال نہ ہوں،" باراباس نے کہا۔

لینٹن نے اتفاق کیا۔ انہوں نے کہا کہ "جب آپ کو پیچیدہ نظاموں کا سامنا کرنا پڑتا ہے، نسبتاً لاعلمی کی پوزیشن سے، کچھ بھی اچھا ہوتا ہے۔" "میں پرجوش ہوں کیونکہ مجھے لگتا ہے کہ ہم واقعی بہتر کرنے کے قابل ہونے کے عملی نقطہ کی طرف بڑھ رہے ہیں۔"

ٹیم نے حال ہی میں ماڈل کی افادیت کو وسط بحر اوقیانوس میں سمندری گھاس کی بحالی کے منصوبے کے ڈیٹا پر لاگو کر کے دکھایا جو کہ 1999 کا ہے۔ محققین نے سمندری گھاس کی مخصوص مقدار کا تعین کیا جس کی بحالی کے لیے ماحولیاتی نظام کی بحالی کی ضرورت ہے۔ مستقبل میں، گاو نیویارک میں جھیل جارج پر ماڈل چلانے کے لیے ماہرین ماحولیات کے ساتھ مل کر کام کرنے کا ارادہ رکھتا ہے، جسے Rensselaer اکثر ٹیسٹ بیڈ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔

گاو کی امید ہے کہ کسی دن یہ ماڈل ناقابل واپسی نقصان کو روکنے کے لیے تحفظ اور بحالی کی کوششوں کے بارے میں فیصلوں سے آگاہ کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ "یہاں تک کہ جب ہم جانتے ہیں کہ نظام زوال پذیر ہے،" انہوں نے کہا، "ہمارے پاس ابھی بھی کچھ کرنے کا وقت ہے۔"