Каким будет влияние изменения климата на экосистемы Земли? Один из способов понять это – выполнить моделирование с использованием продвинутых математических моделей.
Исследователи из Университета Линчёпинг, LiU, разработали модель, которая учитывает необычно большое количество факторов.
Виды, обитающие в разных частях света, адаптированы к температуре в регионе, где они обитают. Столкнувшись с изменением климата, которое связано с повышением температуры, вид может либо перемещаться, адаптироваться к новым условиям, либо исчезать. Исследователи смоделировали несколько видов, которые распространены по земному шару по градиенту от полярных регионов к экватору.
Каждый вид оптимально адаптирован к определенному температурному диапазону (известному как его температурный оптимум) и взаимодействует с другими видами в окрестностях. Исследователи используют модель в текущем исследовании для моделирования воздействия климата на экосистемы, подвергая их постепенному и реалистичному повышению температуры в течение 300 лет. Затем следует более длительный период, в течение которого климат стабилен при более высоких температурах, а модель моделирует долгосрочное воздействие на экосистемы.
"Когда климат становится теплее, вид может в определенной степени следовать своему температурному оптимуму, перемещаясь на север.
Мы видим, что виды, обитающие в полярных регионах, часто проигрывают в конкуренции с видами, мигрирующими на север, которые уже адаптировались к новой, более высокой температуре. Виды вымирают по полному градиенту с юга на север, но многие из исходных видов в полярных регионах пострадают особенно сильно », – говорит Анна Акессон, аспирантка факультета физики, химии и биологии (IFM) Университета Линчепинга.
"Мы видим, что это уже происходит. Экосистемы в самых северных регионах находятся под давлением нескольких факторов: не только изменения происходят там наиболее быстро, но и среды обитания других видов перемещаются на север. Например, песец, который адаптировался к арктическому климату, уступает место рыжей лисе по мере продвижения на север », – говорит Анна Эклоф, старший преподаватель IFM, LiU.
Модель включает в себя несколько экологических процессов, таких как хищники, поедающие добычу, виды, конкурирующие друг с другом, и способность перемещаться в новые регионы. Исследователи LiU также приняли во внимание тот факт, что черты видов могут изменяться в процессе эволюции. Эти факторы влияют друг на друга, но другие модели экосистем в основном рассматривают экологические процессы и эволюцию видов отдельно.
Исследователи также включили в модель температурную зависимость взаимодействий между видами.
Если виды, обитающие в одном месте, хорошо приспособлены к жизни в одном и том же температурном диапазоне, конкуренция между ними будет высокой. Напротив, когда сосуществующие виды имеют более разные температурные оптимумы, конкуренция между ними ниже. Однако в этом случае некоторые виды менее приспособлены к местной среде и могут испытывать трудности с выживанием.
Моделирование показало, что зависящая от температуры конкуренция между видами сильно повлияла на то, как изменение климата повлияло на экосистемы. Изменение климата привело к исчезновению многих видов во всех симуляциях. Однако зависящие от температуры взаимодействия между видами способствовали выживанию нескольких видов.
Это возникло потому, что они могли найти новые ниши, а затем успешно сосуществовать в большей степени, так что негативное влияние изменения климата было несколько уменьшено.
«Используя эту модель, мы показываем, что два основных вопроса дня – изменение климата и биоразнообразие – тесно связаны. Мы видим, что экосистема в целом может лучше справиться с изменением климата, если виды будут иметь большее разнообразие черт и разнообразие », – говорит Анна Эклоф.
Исследователи подчеркивают, что чрезвычайно важно включать соответствующие взаимодействия между видами в модели, предназначенные для прогнозирования крупномасштабных последствий изменения климата для биологического разнообразия.
Необходимо одновременно изучать и экологию, и эволюцию.
«Несмотря на сложность нашей модели, нам удалось разработать методы так, чтобы можно было провести тематическое исследование с использованием модели на обычном компьютере за пару минут», – говорит Дьердь Барабас, доцент IFM, LiU.
Авторы опубликовали код модели как открытый исходный код, что позволяет другим исследователям использовать и расширять его.
Исследование получило финансовую поддержку от Formas и Шведского исследовательского совета.