混沌在自然种群中比之前所认为的更常见

2022年07月27日 19:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

来自加州大学圣克鲁斯分校(UCSC)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)渔业部的研究人员进行了新的研究,表明自然种群中的混乱可能比以前认为的更经常发生。生态学家经常争论自然生态系统中的种群变化是有规律的(围绕一个所谓的"稳定的"平衡点变化)、随机的(完全不可预测的)还是混乱的。像天气一样,混沌系统可能在短期内被预测,但不是长期的,而且它们对初始条件的微小变化非常敏感。

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"知道这些波动是有规律的、混沌的还是随机的,对我们预测种群大小以及它们对管理干预的反应有重大影响,"加州大学旧金山分校海洋科学研究所的NOAA渔业生态学家和研究员Tanya Rogers说。

混沌和非混沌的种群动态不能通过对时间序列的视觉检查来可靠地区分。在这个昆虫、哺乳动物和浮游植物的混沌和非混沌时间序列的随机样本中(从上到下),左边是混沌的,右边显示的是有序的。资料来源:Tanya Rogers等人,《自然-生态与进化》2022年版

这项新的研究刚刚发表在《自然生态学与进化》杂志上,由Rogers领导。她的合著者是加州大学旧金山分校应用数学系和生态学与进化生物学系的兼职教授Stephan Munch,以及加州大学旧金山分校应用数学系的博士生Bethany Johnson。

据研究人员说,他们在一个生态数据库中研究的种群中有30%以上显示出混沌动态的迹象。在以前研究混沌现象的精选分析中,发现混沌现象在自然界的种群中要么不存在,要么不经常出现。然而,作者推测,这不是生态系统内在稳定的结果,而可能是数据有限和使用不适当的方法的结果。

Munch说:"现在有更多的数据,你有多长的时间序列对检测混乱的动态有很大的区别。我们的研究还表明,以前精选分析中的方法学假设对检测混沌有偏见。"

在新的研究中,研究人员使用了新的和更新的混沌检测算法,并在模拟数据集上对它们进行了严格的测试。然后他们将三种最好的方法应用于全球人口动态数据库的172个人口时间序列的数据集。

他们的分析揭示了混沌动力学、寿命和体型之间有趣的联系。混沌在浮游生物和昆虫中最普遍,在鸟类和哺乳动物中最不普遍,而在鱼类中则居中。

Rogers说:"很多短命的物种倾向于有混乱的人口动态,这些也是倾向于有繁荣和萧条动态的物种。这些结果表明,生态预测可能有内在的局限性,并提醒不要使用基于平衡的方法进行保护和管理,特别是对短命的物种。从渔业管理的角度来看,我们希望预测鱼类种群,以便我们能够为渔业捕捞设定限制。如果我们不承认混沌的存在,我们可能会失去使用适合混沌系统的方法进行短期预测的可能性,而对我们进行长期预测的能力过于自信。"

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