如何只有一个数据点可以预测整个生态系统的崩溃

C. amentacea藻类的森林退化时,它们很快成为生物多样性较少的藻类的受害者。

Benedetti-Cecchi和Luca Rindi /比萨大学
如何只有一个数据点可以预测整个生态系统的崩溃

灾难性的生态系统失败可能会破坏工业并威胁粮食供应 - 只要想想20世纪90年代初北大西洋鳕鱼渔业的崩溃,或者在20世纪70年代破坏北方云杉和冷杉林的昆虫爆发。 现在,一项新的研究有望通过一次测量来预测 - 并可能阻止支持这些生态系统的物种的崩溃。

多年来,研究湖泊和其他生态系统的科学家利用环境因素和人口健康的长期数据预测了崩溃发生之前的崩溃。 但科学家们希望警告信号不需要多年昂贵的监测。 在2013年的一项实验室研究中,剑桥麻省理工学院的物理学家杰夫戈尔通过预测酵母菌落由于人口密度低而即将死于压力而朝这个方向迈出了一步。 健康和不健康的殖民地之间的距离越长, 。 戈尔和他的同事们将此措施命名为“恢复长度”。

为了确定测量结果是否会在现场进行,戈尔与意大利比萨大学的生态学家Lisandro Benedetti-Cecchi合作,研究意大利小岛卡普拉亚海岸的藻类。 他们创建了2米长的研究地块,其中有两种藻类的相邻区域:支持生态系统的绿色棕色Cystoseira amentacea和类似草皮的物种,它们培育的生物多样性要少得多。 然后研究人员从每个地块中去除了不同比例的C. amentacea -0%,25%,50%和75%。 他们移除的越多,草皮藻类侵入的距离越远。 通过测量草皮侵入的距离,研究人员确定了每个地块的恢复长度。 研究人员昨天在“ 自然生态学与进化”杂志上报道说,2年后,在这些地块中,75%的森林藻类遗失下来,生态系统完全转向了草坪藻类,并且C. amentacea从未回归过, 。

Gore和Benedetti-Cecchi表示,恢复时间可能表明其他重要生态系统即将发生变化。 戈尔梦想在渔业中对其进行测试,其中保护区与严重捕捞的渔业区相邻:如果该方法有效,他希望渔业管理人员能够利用它来设定捕捞限制以避免崩溃。 威斯康星大学麦迪逊分校的生态学家斯蒂芬卡彭特也对该方法快速发出即将崩溃信号的可能性感到兴奋。 例如,卫星图像可以用来测试它是否可以预测美国西部和其他地方由于入侵杂草或荒漠化造成的牧场崩塌,他说。

研究人员警告说,在所有生态系统中测量恢复长度并不容易,甚至不可能。 例如,卡彭特不确定它是否适用于他所研究的湖泊,不同质量的水体往往会迅速混合。

荷兰瓦赫宁根大学的生态学家Marten Scheffer表示,在实验室外展示这一原则仍然是一个有价值的步骤。 “很高兴看到现在正在进行的户外工作。”

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