Прогнозирование вымираний популяций отдельных видов и внезапной смены режима функционирования экосистемы уже давно находится в центре внимания экологов и специалистов по управлению экосистемами. Математическое моделирование экологических процессов играет ключевую роль в оценке возможности таких событий. Традиционно, в научной литературе моделирование популяционной динамики (в частности, предсказание вымирания популяций) в основном было сфокусировано на исследовании динамики экосистем в долгосрочной перспективе, пренебрегая переходными режимами. Между тем, окружающая среда обычно нестационарна, а это может означать, что долгосрочное поведение никогда не наблюдается в реальности. Соответственно, за последние два десятилетия наблюдается растущее понимание и переосмысление роли переходных режимов как в эмпирической экологии, так и в теоретических исследованиях, особенно в контексте исчезновения видов.
Сотрудниками Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН А.Ю. Морозовым и коллегами рассматриваются несколько парадигматических математических популяционных моделей с дискретным временем возрастающей сложности, таких как одновидовые, двухвидовые и трехвидовые системы взаимодействующих популяций. Особенность рассматриваемых моделей - учет пространственной диффузии (перемещения) организмов, которая зависит от плотности популяций. С помощью математического моделирования исследуется переходные неравновесные процессы с целью предсказания живучести экосистем и сохранения видов. В работе показывается, что внезапный коллапс экосистемы и исчезновение видов может происходить без какого-то влияния внешних факторов. Это происходит как следствие того, что длительный переходный квазистатичный режим ошибочно принимается за финальный, тогда как по окончанию этого режима, экосистема резко переходит в другой режим без всякого внешнего воздействия. Примечательно, что отсроченное вымирание может произойти после тысяч поколений кажущейся безопасной динамики популяций.
Исследование предсказывает, что длительные переходные процессы не только широко распространены в различных моделях популяционной динамики, но и имеют большое разнообразие типов сценариев внезапного коллапса без изменения внешних условий среды. Предсказываемая вездесущность длительных переходных процессов подчеркивает необходимость их учета в программах сохранения разнообразия видов. В работе рассказано, как можно моделировать и прогнозировать подобные сценарии.
Результаты опубликованы в журнале Biological Conservation (2024). AY Morozov, D Almutairi, SV Petrovskii, A Hastings. Regime shifts, extinctions and long transients in models of population dynamics with density-dependent dispersal. Biological Conservation, 2024, vol. 290, 110419, doi.org/10.1016/j.biocon.2023.110419