A biodiverzitás, a fajok szövik a Tudományért hálózatukat
A fajok túlélésüktől függenek, és így összetett rendszereket alkotnak. Azok a fajok hálózatai, amelyek némelyike sok máshoz kapcsolódik, ellenállóbbak a változásokkal szemben.
A dodo 1680 körül tűnt el Mauritiusról. Körülbelül ugyanebben az időben a tambalacoque, a szigetre endemikus fafaj, abbahagyta a szaporodást. 1980-ban csak 13 túlélő volt, 300 éves. Stanley Temple amerikai biológus feltételezte, hogy a tambalacoque magoknak a csírázáshoz át kell menniük a dodo emésztőrendszerén.
Nature TV képek/Franciaország 5
A bolygón létező állat- és növényfajok száma óriási: a becslések szerint 5 és 50 millió között van (a baktériumok számbavétele nélkül), ami csak egy apró töredékét (0,01 százalékos nagyságrendű) jelenti azoknak, akik benépesítették a bolygót. A Föld történelmének egyik vagy másik pillanatában. Az 1992-es riói egyezmény során elvégzett értékelés szerint 4500 állatfajt és 25 000 növényfajt fenyeget a kihalás az elkövetkező években. Jelenleg tízévente 1000–10 000/millió létező faj eltűnik.
Ebben a leltárban a fajok önálló entitásként jelennek meg, egyikük eltűnése megfoszt minket jellemzőitől: örökségi érték, tudományos érdeklődés stb. Sajnáljuk, hogy eltűnt egy ilyen növény gyógyító tulajdonságai miatt, vagy egy olyan madár, mint a dodo, amely álmot késztetett bennünket. A fajok azonban szinte mindig kapcsolatban állnak egymással (ragadozás, kölcsönösség, verseny stb.): Így együtteseket vagy közösségeket alkotnak, amelyek felépítése (szervezete) a vándorlásoktól, az evolúciótól vagy a fajok kihalásától függően változik. Ez a szerkezet elengedhetetlen. Először is, mert lehetővé teszi (vagy sem) új fajok behurcolását. Így az Egyesült Államok csendes-óceáni partvidékén számos tengeri kagyló versenyez a sziklákhoz való csatlakozásért; ragadozójuk, egy tengeri csillag jelenlétében élnek együtt, ennek hiányában azonban a kagylók, a preferált tengeri csillagfajok, a teljes felszínt megtelepítik. Az új faj létrehozása tehát nem csak a saját jellemzőitől (magas születési arány, a kőzeten jó rögzülés stb.) Függ, hanem a közösség felépítésétől is, amelybe érkezik (lásd 1. ábra).
A közösség szerkezete befolyásolja az ökoszisztéma általános tulajdonságait is (a közösség által alkotott egész, annak fizikai környezete és az őket összekötő kapcsolatok meghatározása). David Tilman, az Minnesotai Egyetem (USA) parcellákat művelt, amelyek akár többféle prérinövényt tartalmaznak, akár csak egyet, és összehasonlította az egyes parcellák által termelt fű mennyiségét. A legtöbb faj termelékenyebb, ha másokkal keveredik, valószínűleg a kiegészítő funkcióknak vagy kölcsönhatásoknak köszönhetően (nitrogénmegkötés gyökércsomók által, szimbiotikus gombák jelenléte stb.).
Így az egyes fajok elkülönítetten történő tökéletes ismerete sem teszi lehetővé a közösség viselkedésének előrejelzését, amelynek tulajdonságai nem korlátozódnak az őket alkotó fajok egyedi tulajdonságainak összegére. Következésképpen a biodiverzitás csökkenése további dimenziót kap. Már nem csupán egy egyszerű fajgyűjtemény megőrzéséről van szó, hanem arról, hogy a biodiverzitás-kezelési stratégiákban figyelembe vegyék a fajok és a közösségek szerkezetét.
A biológiai sokféleség tanulmányozása megköveteli, hogy megértsük, hogyan jelennek meg, gyűlnek össze a fajok, tartják fenn önmagukat, vagy éppen ellenkezőleg, eltűnnek ökoszisztémáikban. E herkulesi feladat sikeres végrehajtása érdekében a komplexitás elmélete eszközöket kínál számunkra az ilyen rendszerek globális tulajdonságainak tanulmányozásához, a komponensek egyéni hozzájárulásán túl. Néhány példával szemléltetjük, hogy ez az elmélet hogyan teszi lehetővé a közösségek bizonyos kiszámíthatatlan tulajdonságainak feltárását, például stabilitásukat (vagyis a fajok zavart okozta kihalásának vagy demográfiai robbanásának hiányát).
Modellezhetünk egy biológiai objektumot rendszer formájában, vagyis funkcionálisan összekapcsolt elemek halmaza. Ezen elemek dinamikája elsősorban az anyagcseréktől (anyag, energia, információ stb.) Függ. Ebből a szempontból egy közösség olyan hálózatként reprezentálható (trofikus néven ismert), amelynek fajait ragadozó-zsákmány kapcsolatok kötik össze. Az egyes fajok dinamikája függ az elfogyasztott anyagtól (vagy energiától) (a zsákmányától) és attól, hogy mit veszít (amikor tagjai meghalnak). Amikor a veszteség ellensúlyozza a nyereséget, a munkaerő nem változik, és a népesség egyensúlyban van.
Véletlenszerű modellek
Tegyük fel először azt a feltételezést, hogy a fajok véletlenszerűen kapcsolódnak egymáshoz (erre a feltételezésre visszatérünk). Egy ilyen közösség bonyolultságát ezután két paraméter jellemzi: az azt alkotó elemek (fajok) száma és az átlagos kapcsolhatóságuk, vagyis az elemhez vezető linkek átlagos száma. A véletlenszerű grafikonokon alapuló modelleknek (olyan grafikonoknak köszönhetően, amelyek pontjai véletlenszerűen kapcsolódnak egymáshoz) a matematikusok arra gondoltak, hogy van-e összefüggés az így meghatározott komplexitás és az ilyen hálózatok stabilitása között zavar esetén.
1972-ben Robert May, a nagy-britanniai Oxfordi Egyetem munkatársa megállapította, hogy egy véletlenszerűen összekapcsolt rendszerben a komplexitás növekedésével (vagyis az egyedek számának vagy az átlagos kapcsolhatóság növekedésével) a rendszer hirtelen stabil állapotból instabilá válik állapot: más szóval, minél összetettebb egy rendszer, annál valószínűbb, hogy instabilabb. Ez az eredmény lehetővé teszi a stabilitás tartományának meghatározását e két paraméter szerint: ha egyik vagy másik gyenge (vagy mindkettő), akkor a közösség stabil (lásd a 2. ábrát). Éppen ellenkezőleg, amikor egyik vagy másik magas lesz, a közösség "törékeny" és érzékenyebb a zavarokra.
Ez az elméleti eredmény kritériumként szolgál azoknak a közösségeknek a felderítésére, ahol magas a kihalás vagy a népesség robbanásának kockázata. Ez azonban ellentmondásos volt, mert ellentmondott annak az általánosan elterjedt elképzelésnek, hogy a komplexitás redundanciát biztosít a fajok között, és ezáltal csillapítja a zavarok hatását. Ez ellentétben áll a viszonylag egyszerű és fajszegény rendszerek - például a megművelt mezők - megfigyelésével is, amelyek kártevők vagy mikroorganizmusok támadásakor gyakrabban kudarcot vallanak, mint az összetett rendszerek, például a trópusi erdők. Látni fogjuk, hogy a bonyolultsággal kapcsolatos további vizsgálatok eltávolítják ezt a látszólagos ellentmondást.