Az új „résmodell” feltűnő hasonlóságokat tár fel az összetett táplálékhálózatok között, és analitikai eszközt kínál az ökológusoknak a fajok elvesztésének az olyan változatos ökoszisztémákra gyakorolt hatásának előrejelzésére, mint az óceánok és sivatagok
SAN FRANCISCO, Kalifornia, 2000. március 8. – A kémiában van az elemek periódusos rendszere, a fizikában a gravitáció törvénye, a biológiában pedig a természetes kiválasztódás. A San Francisco Állami Egyetem (SFSU) tudósai által a Nature március 9-i számában közzétett új kutatás szerint az ökológia egy napon saját természeti törvényeket is tartalmazhat.
Egy egyszerű szabálykészletet alkalmazva egy új élelmiszerhálózat-modellre a kutatók mély hasonlóságokat tártak fel a rendkívül változatos ökoszisztémák között, ami arra utal, hogy a szabályok általánosíthatók.
"Az teszi ezt olyan lenyűgözővé, hogy modellünk azt mutatja, hogy a természetben vannak olyan alapvető törvényszerűségek, amelyekről az ökológusok azt hitték, hogy nincsenek" - mondta Neo Martinez, az SFSU Romberg Tiburon Környezettudományi Központjának vízi ökológusa, aki Élelmiszerhálók tanulmányozásának karrierje. "A táplálékhálók pontos modellje értékes eszközt ad számunkra a biológiai sokféleség csökkenésének az olyan eltérő ökoszisztémákra gyakorolt hatásának előrejelzésére, mint az óceánok és a sivatagok."
Martinez és Richard Williams biológia adjunktus professzora két egyszerű szabályon alapuló elméleti modellt dolgozott ki a táplálékháló szerveződésének elméleti modelljével, amely szerint az összetett táplálékhálók olyan fajokból származnak, amelyek egyszerű, „ki kit eszik meg” sorrendet követnek., hogy a csípős sorrendben feljebb lévő fajok hajlamosak az alacsonyabb rendű fajokat fogyasztani; és a második, hogy ha egy faj egynél több fajt eszik a csípős sorrendben, akkor a köztük lévő fajt is meg kell ennie. Bár a csípős rend alapja még nem ismert, a természetben naponta hasonló szabályokat játszanak: például egy ragadozó, például egy farkas megeszi a nagy és kis növényevőket, például a szarvast és az egeret. A szabályokat betartva a köztes növényevőket is eszik, például nyulakat.
A „résmodellnek” nevezik, az elmélet azon feltevéséről nevezték el, hogy minden trófikus faj (állattípusok csoportja, amelyek ugyanazokat a ragadozókat és zsákmányokat osztják meg, mint például néhány gyík) egy adott résbe illeszkednek az alapján megeszi, és ami megeszi.
Martinez szerint a tudósok régóta úgy gondolják, hogy a táplálékhálókat, vagy nehezen kezelhető "összegabalyodott bankokat", ahogy Charles Darwin valaha nevezte, egyedileg a megfelelő ökoszisztéma alkotja és irányítja. Például a Sonoran-sivatagban őshonos skorpiók, kaktuszok és harkályok – általános vélekedés szerint – betartják a táplálékháló törvényeit, amelyek különböznek a Chesapeake-öbölben élő halak, rákok és planktonok táplálékháló-szerkezetét meghatározó törvényektől.
Elméletük tesztelésére a kutatók a szakirodalomban rendelkezésre álló legösszetettebb táplálékhálót választották ki, amelyek ökoszisztémák egész sorát képviselik – a torkolatoktól és sivatagoktól a tavakig és szigetekig. Ezek közé tartozott az eddigi legnagyobb táplálékhálózat, a wisconsini Little Rock-tó, amelynek fejlesztésében Martinez segített, valamint többek között a Chesapeake-öblöt, a Skipwith-tavat és a Coachella-sivatagot képviselő táplálékhálózatok. Két paramétert – a fajok számát és a táplálékhálóban lévő kapcsolatokat – összekapcsolva a kutatók meg tudták jósolni az egyes hálók szerkezeti tulajdonságait.
"Kiderült, hogy a modell számítógépes táplálékhálózatokat eredményezett, amelyek elképesztően közel állnak a valódi táplálékhálózatokhoz, amelyek mindegyike mélyreható terepi tanulmányok alapján lett kifejlesztve" - mondta Martinez.
A kutatók szerint az különbözteti meg a „résmodellt” az élelmiszer-hálózat jelenlegi szerveződési modelljétől, hogy képes pontosan megjósolni 12 jellemzőből álló halmazt, például a táplálékláncok hosszát, a mindenevők számát és a kannibálok, a szakemberek és a generalisták megoszlása, valamint a fajok sebezhetősége az egyes táplálékhálózatokon belül. Az eddigi legszélesebb körben elfogadott modell – a kaszkádmodell – csak néhány táplálékháló-tulajdonságot jósol meg sikeresen: csúcsfajokat, például ragadozókat; köztes fajok, például növényevők; és bazális fajok, például növények. A résmodell hasonlóan teljesített a különböző táplálékhálózatokban, és következetesen pontosabban jelezte előre azok egyedi tulajdonságait, mint a kaszkádmodell.
A Williams által az adatok feldolgozására tervezett számítógépes képalkotó program lehetővé tette a kutatók számára, hogy háromdimenziós színdiagramot hozzanak létre az egyes táplálékhálókról, vizuális formában mutassák be azok alapvető tulajdonságait, például a fajok közötti kapcsolatokat (vonal formájában a fajok között, amelyeket a megfelelő trofikus szintnek megfelelően színezett golyók és a kannibalizmust (amelyet hurok vagy fogantyú alakú vonal képvisel a labdán) ábrázolva.
"Az a tény, hogy a modell ésszerűen meg tudja jósolni a különféle rendszerek tulajdonságait - tavak, folyótorkolatok, egy karibi sziget és egy sivatag - azt sugallja, hogy mély hasonlóságok vannak ezekkel a nagyon eltérő ökoszisztémákkal" - mondta Williams."Gyakorlati szinten a modell más kutatási területekhez is kapcsolható, mint például a populációdinamika és a fajveszteség tanulmányozása."
Eric Berlow, PhD., a Kaliforniai Egyetem kutatója, Berkeley, aki táplálékhálókat tanulmányoz, egyetértett: "Lenyűgöző, hogy egy ilyen egyszerű modell képes felmérni az összetett természeti közösségek sok topológiai jellemzőjét. A valósághű tulajdonságokkal rendelkező, véletlenszerűen megszerkesztett táplálékhálók egyszerű szimulálása megnyitja az ajtót a biológiai sokféleség csökkenésének komplex hálókban bekövetkező hatásainak gazdagabb elméleti vizsgálatai előtt."
"Modellünk ezen a ponton meglepően sikeres elmélet" - mondta Martinez, de felhívta a figyelmet arra, hogy további tesztelésre van szükség ahhoz, hogy a modell törvénynek minősüljön. "Bár ez nem olyan egyszerű vagy pontos, mint mondjuk a fizika alaptörvénye – „az erő egyenlő a tömeggel és a gyorsulással” –, a résmodell ugyanolyan típusú általános keretet kínál egy összetett természeti rendszer megértéséhez: Ön megadja az általános modellt. konkrét bemeneteket, és rendkívül pontos előrejelzéseket ad."
Megjegyzés a szerkesztőknek: A számítógép által generált élelmiszer-hálózatok színes mintái letölthetők a következő webhelyről:
