В Панаме есть лесной участок площадью 50 гектаров, где исследователи из Смитсоновского института собрали очень подробную информацию о видах, распространении и размерах деревьев. В исследовании 2016 года исследователи предположили, что эти конкретные характеристики и общая скорость метаболизма в лесу ограничиваются светом. Но новая статья, опубликованная в Global Ecology and Biogeography, предполагает, что гораздо более простая модель, независимая от механических факторов, также может точно описать этот лес, а также другие природные системы и сообщества.
В течение примерно десяти лет эколог Джон Харт разрабатывал экологическую теорию максимальной энтропии (МЭТЭ). Основываясь на принципах термодинамики, теории информации и процедуре вывода о максимальной информационной энтропии (MaxEnt), Харт говорит, что для получения подробных распределений можно использовать очень грубую информацию об экосистеме. В дюжине статей и одном учебнике Харт показал, как METE может точно описывать экологические закономерности.
В этой недавней статье Харт, профессор Калифорнийского университета в Беркли и внештатный профессор Института Санта-Фе, с соавторами Энди Роминджером, постдокторским научным сотрудником Омидьяра в Институте Санта-Фе, и Эрикой Ньюман, постдокторским научным сотрудником в Университете Аризоны примените METE к данным с графика в Панаме и получите почти те же закономерности, что и в исследовании 2016 года, но без множественных параметров ограничения света. Кроме того, они использовали ту же модель для точного описания распределения скорости метаболизма насекомых на Гавайях и растений на альпийских лугах в Колорадо, ни один из которых не ограничен солнечным светом.
«Вам не нужна модель с ограничением света», - говорит Харт. «Вы можете вывести такое же поведение из гораздо более обоснованной теории, которая также описывает сценарии без ограничения света».
Но их статья предназначена не только для опровержения исследования 2016 года. Скорее, исследователи надеются, что это откроет более широкую дискуссию о том, как экологи подходят к своей работе.
Ограничение света - реальный фактор, влияющий на экосистемы, но нам могут не понадобиться такие сложные модели, когда мы рассматриваем более универсальные закономерности, - говорит Роминджер. «Когда мы видим общие закономерности в сложной системе, самые простые объяснения, основанные на статистических механизмах, вероятно, являются лучшими. Кажется наиболее плодотворным начать с простых с минимальными предположениями и добавлять эти уникальные истории жизни только тогда, когда это необходимо».
«В некотором роде современная экология занимается измерением известных экологических факторов, влияющих на экологические закономерности, во все более и более мелких масштабах и добавлением переменных, которые могут влиять на эти закономерности, во все более сложные модели», - говорит Ньюман.«Прелесть MaxEnt в том, что для каждого шаблона существует только одна функция оптимизации, которая требует очень мало информации для получения реалистичных описаний природы. Этот метод может представлять собой настоящий сдвиг парадигмы в экологии».