Когда пастбище превращается в пустыню или озеро с чистой водой становится мутным, последствия могут быть разрушительными для населяющих их видов. Эти внезапные изменения в окружающей среде, известные как смена режима, являются предметом нового исследования в журнале Nature Ecology & Evolution, которое показывает, как небольшие изменения в окружающей среде запускают медленные эволюционные процессы, которые в конечном итоге приводят к коллапсу.
До сих пор исследования смены режимов были сосредоточены на критических экологических порогах или «переломных моментах» во внешних условиях - например, когда превышение определенного температурного порога вызывает внезапный переход к опустыниванию. Но новая модель, разработанная Каталиной Чапарро-Педраса и внештатным профессором Института Санта-Фе Андре де Роосом из Амстердамского университета, показывает, как небольшое изменение во внешней среде с незначительным немедленным воздействием может вызвать медленные эволюционные изменения в видах, которые обитать в системе. После того, что исследователи называют «значительной задержкой», когда виды медленно развивают новую черту или поведение на протяжении поколений, смена режима проявляется как отсроченная реакция.
«Вместо того, чтобы искать прямую связь между переломными моментами в окружающей среде и разрушением экосистемы, наша работа показывает эволюцию в картине», - объясняет Чапарро-Педраса. «Несмотря на то, что результат один и тот же, мы считаем крайне важным наметить разные пути, ведущие к смене режима, чтобы мы могли предсказать и в конечном итоге предотвратить их».
В своей модели исследователи демонстрируют, как эти вызванные эволюцией, отсроченные изменения режима возникают в сообществах лосося. На разных этапах своей жизни лосось обитает в пресноводных и морских экосистемах, которые имеют совершенно разные биологические сообщества. Когда незначительное изменение морской среды снижает подверженность смертности популяции морского лосося, непосредственные последствия незначительны. Однако он инициирует эволюционный процесс, который медленно приводит индивидуальные черты характера, такие как оптимальный размер тела для миграции из реки в открытый океан, к критическому порогу, при котором происходит смена режима. Примечательно, что этот сдвиг режима приводит к резким изменениям в составе сообществ как в пресноводных, так и в морских сообществах одновременно, хотя ничего не изменилось в экологических условиях пресноводного сообщества.
Понимание роли эволюционных процессов в смене режимов может также пролить свет на другие сложные взаимозависимые системы. Де Роос и Чапарро-Педраса также изучили данные о финансовом кризисе 2008 года, которые, по словам де Рооса, «похоже, в значительной степени соответствуют смене режима, вызванному адаптацией, о которой мы сообщаем в этой статье. В этом примере крах 2008 года можно рассматривать как отсроченную смену режима. Дерегулирование финансовой системы в 1970-х и 1980-х годах было бы изменением окружающей среды с незначительным немедленным эффектом, а документально подтвержденная тенденция изменения банками своего долга на -коэффициент активов был бы аналогичен эволюционному процессу, вызванному изменением окружающей среды.
«Смена режима происходит не только в экосистемах», - говорит де Роос. «Они также появляются в таких системах, как фондовые рынки. Наша модель показывает эволюционный механизм, с помощью которого внезапное изменение - например, экосистемный или финансовый крах - может быть результатом небольшого изменения окружающей среды в далеком прошлом».