На определенном уровне вымирание связано с энергией. Животные перемещаются по своему окружению, как пакмены, пожирая ресурсы, чтобы обеспечить свое выживание. Если они достигают определенного энергетического порога, они размножаются, по сути, зарабатывая дополнительную жизнь. Если они обнаруживают слишком много пустых участков, они умирают от голода, и к концу уровня игра заканчивается.
Модели риска исчезновения обязательно просты. Большинство сводит сложные экологические системы к линейной зависимости между плотностью ресурсов и ростом популяции - то, что можно широко применять, чтобы сделать вывод о том, сколько ресурсов может выжить вид при потере ресурсов.
На этой неделе в Nature Communications междисциплинарная группа ученых предлагает более детализированную модель вымирания, которая также показывает, почему виды животных имеют тенденцию эволюционировать в сторону увеличения размеров тела. Модель состояния питания (NSM), разработанная экологом Джастином Йикелом (Калифорнийский университет в Мерседе), биологом Крисом Кемпесом (Институт Санта-Фе) и физиком Сидни Реднером (Институт Санта-Фе), включает размер тела и масштабирование метаболизма в модель вымирания, в которой «голод» или «полные» животные, большие и маленькие, взаимодействуют и размножаются в ландшафте с ограниченными ресурсами.
«В отличие от многих предыдущих моделей собирателей, эта учитывает размер тела и масштабирование метаболизма», - объясняет Кемпес. «Это позволяет прогнозировать риск исчезновения, а также дает нам систематический способ оценки того, насколько далеки популяции от их наиболее стабильного состояния».
В NSM голодные животные подвержены смертности, и только сытые животные способны к размножению. Поскольку энергетические потребности животных меняются в зависимости от размера тела, исследователи основывали свои расчеты пополнения запасов и размножения на законах биологического масштабирования, которые связывают размер тела с метаболизмом..
Они обнаружили, что виды разного размера тяготеют к состояниям популяции, наиболее устойчивым к вымиранию. Состояния, полученные ими в модели, воспроизводят две часто наблюдаемые закономерности в биологии. Первый, закон Дамута, представляет собой обратную зависимость между размером тела и плотностью популяции: чем крупнее вид, тем меньше особей сосуществует на данной территории. В рамках NSM эта модель «меньше/больше больше/меньше» проявляется потому, что крупные виды наиболее устойчивы к голоду в небольшом количестве, в то время как мелкие виды могут позволить себе достичь большей плотности популяции.
Второе соотношение, правило Коупа, утверждает, что наземные млекопитающие имеют тенденцию эволюционировать в сторону увеличения размеров тела. Этот NSM показывает, что в целом более крупные животные с более медленным метаболизмом наиболее устойчивы к вымиранию из-за голодания. Он даже предсказывает энергетически «идеальное» млекопитающее, устойчивое к голоду, которое будет в 2,5 раза больше африканского слона.
По мере того, как мы вносили больше реализма в то, как быстро организмы набирают или теряют жировые отложения по мере того, как они находят или не находят ресурсы, результаты нашей модели начали согласовываться с крупномасштабными экологическими и эволюционными взаимосвязями. Самым удивительным было то, что наблюдение, что NSM точно предсказывает максимальный размер тела млекопитающих, наблюдаемый в летописи окаменелостей», - объясняет Йикель. Хотя эта модель не учитывает хищничество, она предлагает динамическую и систематическую основу для понимания того, как собиратели выживают при ограниченных ресурсах.
«Динамика поиска пищи и взаимодействие размера тела при поиске пищи и доступности ресурсов - все это сложные проблемы, для которых существует прекрасная феноменология», - говорит Реднер. «Я надеюсь, что что-то из этого будет иметь отношение к управлению ресурсами и обеспечению того, чтобы виды не вымерли."