Изображение: CC0 Creative Commons
В исследовании, охватывающем более 12 лет, ученые из Киотского университета и Университета Рюкоку разработали метод расчета устойчивости естественного экологического сообщества в заливе Майдзуру, на побережье Японского моря. Их результаты, опубликованные в издании Nature, обеспечивают понимание и новые методологии для экологических и демографических исследований.
Как поддерживаются биологические сообщества, большой вопрос в экологии. В то время как текущие исследования показывают, что стабильность сообщества может зависеть от видового разнообразия и взаимодействия, эти идеи почти никогда не проверялись в природных экосистемах.
«Предыдущие исследования были сосредоточены на таких вопросах, как процесс рождаемости, внутри несколько контролируемой среды», — объясняет ведущий автор Масаюки Ушио. «Даже в этом случае сложно измерить быстро меняющиеся взаимодействия нескольких видов в природе».
Ключевой причиной этого является то, что естественные экосистемы обычно не демонстрируют равновесную динамику, и поэтому наиболее жизнеспособным способом измерения любых изменений является постоянная регистрация организмов в определенном месте.
К счастью, Рейджи Масуда из Областного научного и научно-исследовательского центра области занимается именно этим в заливе Майдзуру-бэй. В течение двенадцати лет он погружался в воду, фиксирую и записывая популяции всех рыб и медуз, с которыми он сталкивался.
«Я первоначально начал эти наблюдения в 2002 году, чтобы узнать, какие организмы живут в этом районе и как они меняются со временем», — говорит Масуда. «Когда я показал свою работу Масаюки Ушио и Мичио Кондоху в университете Рюкоку, они предложили нам работать вместе и построить модель для определения взаимодействия между организмами».
Изображение: Kyoto University / Reiji Masuda
Модель была построена путем применения инструмента анализа временного ряда — эмпирического динамического моделирования или EDM — к набору данных залива Майдзуру. EDM предназначен для анализа флуктуирующей динамики естественной экосистемы без установки каких-либо определенных уравнений. Затем он был разработан для анализа динамической стабильности экосистемы.
То, что они обнаружили, было сложной сетью взаимодействий, где организмы оказывают положительное или отрицательное воздействие друг на друга, и, что более важно, показали, что краткосрочные изменения влияют на общую динамику сообщества.
«Мы могли даже видеть, что такие вещи, как разнообразие, видовые взаимодействия и сама стабильность, изменяются во времени», — говорит Ушио. «Это говорит о том, что эти свойства являются ключом к пониманию механизмов, лежащих в основе функционирования природных экосистем».
Методы команды могут быть легко применены в других областях, от неврологии, до микробиологии и экономики.
«Это, безусловно, один из самых полных взглядов на то, насколько экосистема может измениться в естественной среде», — заключает руководитель команды Мичио Кондо. «Я был удивлен, увидев, что стабильность биологического сообщества, которая часто считается постоянной, на самом деле серьезно меняется со временем».
Больше информации: Masayuki Ushio et al, Fluctuating interaction network and time-varying stability of a natural fish community, Nature (2018). DOI: 10.1038/nature25504