В продължение на 65 години природозащитниците грешат – цялата природа работи наобратно

Дълго време еколозите се опитваха да разберат защо някои природни екосистеми лесно биват завладявани от инвазивни видове, докато други остават устойчиви на външни заплахи. В една класическа книга от 1958 година екологът Чарлз Елтън изказва предположението, че колкото повече видове има в една екосистема, толкова по-голяма е нейната устойчивост. Той пише, че в една разнообразна среда ресурсите вече са разпределени между много организми и за един нашественик просто няма шанс да си извоюва ниша. Според него простите хранителни мрежи са уязвими, докато сложните системи могат да възпират нашествениците за сметка на хищниците и паразитите.

Оттогава насам еколозите изследват гори, езера и океани, за да проверят тези идеи, но задачата се оказа трудна.

Не е лесно да се установи какви точно фактори влияят върху уязвимостта на екосистемите, а умишленото въвеждане на нов вид в природата като експеримент е етично съмнително. Освен това натрупващите се доказателства невинаги подкрепят хипотезата на Елтън: в някои богати на видове екосистеми инвазията наистина е потисната, но в други тя продължава без особени пречки.

„Както и при много други въпроси в екологията, данните са противоречиви.“

казва Джеф Гор, физик от Масачузетския технологичен институт

В лабораторията си Гор изучава екосистемите, без да пътува в природата или да нарушава баланса в реалните общности. Той и колегите му отглеждат микробни общности в епруветки – опростени аналози на естествените екосистеми, за да проверяват екологични теории. Резултатите от този подход, публикувани в неотдавнашно проучване сочат нов фактор, влияещ върху успеха на инвазивните видове.

Когато учените добавят нови видове към своите микробни общности, те се сблъскват с изненада. Противно на прогнозите на Елтън, инвазиите са по-вероятни в по-разнообразни екосистеми, особено ако броят на видовете в тези екосистеми се колебае постоянно.

Това накарало изследователите да предположат, че нестабилността на самите съобщества може да допринася за инвазията.

Според Джонатан Левин, еколог от Принстън, който не е участвал в работата, въпросът наистина е класически, но никой досега не го е изследвал както теоретично, така и експериментално. Той нарича откритието на връзката между динамиката на екосистемите и уязвимостта към инвазия „вдъхновяващо и ново“.

Според Меган Лий, микробиолог в Швейцарския институт за водни науки, изследването на Гор дава нова перспектива за биоразнообразието. Обикновено еколозите оценяват разнообразието чрез броя на видовете в даден момент. Тук обаче се предлага динамичен подход, който отчита промените в числеността, което според Лий дава по-точна представа за реалната сложност на екосистемата.

Гор е физик, който се е преквалифицирал в еколог. Повече от десетилетие той и колегите му отглеждат микробни общности в лаборатория. Основният му инструмент е пластмасова пластина с 96 малки кухини, в които живеят бактерии, събрани в кампуса на MIT. Всяка кухина представлява мини-екосистема, подобна на червата, кораловия риф или тропическата гора. Наблюдавайки много от тези модели, екипът на Гор научава как работят общностите от живи организми.

Защо да се моделира природата в лабораторията? Защото изучаването ѝ в реалността е много трудно. На растенията и животните им трябват години, за да еволюират и през това време те са повлияни от множество фактори. В същото време микробите позволяват бързо да проверяваме хипотези.

Чрез секвениране на ДНК от своите модели учените получават точна информация за състава и числеността на видовете. Това дава възможност ясно да се проследи въздействието на промените върху екосистемата.

Техниката се оказва плодотворна. През 2022 година екипът открива, че микробните общности претърпяват фазови преходи, подобни на тези, изучавани във физиката.

Когато броят на видовете или силата на техните взаимодействия се увеличат, една екосистема може да премине от стабилно състояние към хаотично. В третата фаза броят на видовете се колебае толкова бурно, че екосистемата става нестабилна.

Гор решава да провери какво ще се случи, ако в такива нестабилни съобщества бъде въведен чужд вид. Експериментите показват, че в екосистеми с висока променливост вероятността нашествениците да оцелеят е осем пъти по-голяма. Въпреки че това противоречи на предположенията на Елтън, Гор смята, че изменчивостта създава нови ниши, които външен вид може да заеме.

Особено интересно е, че съобществата със силни взаимодействия между видовете са по-добре защитени от нашественици, но ако последните успеели да се закрепят, оказвали силно влияние върху екосистемата, като понякога увеличавали нейната биомаса.

Според Шумейкър тези резултати илюстрират как инвазията може да промени околната среда. След това екипът на Гор се опитал да открие универсален прогностичен фактор за успешна инвазия. Това е така нареченият процент на оцеляване – делът на видовете, оцелели в общността една седмица след началото на експеримента. Колкото повече видове оцелеят, толкова по-голям е шансът новият вид също да успее да пусне корени.

Този подход повтаря концепциите за „алфа“ и „гама“ разнообразие в екологията, казва Гор. Ако една екосистема вече позволява съвместното съществуване на голям брой видове, тя може да бъде отворена за нови.

За да сравнят резултатите си с теорията, учените се обръщат към класическия математически модел на Лотка-Волтерра, описващ колебанията в популациите на хищници и жертви. Модифицирана версия на модела потвърждава, че екосистемите с флуктуации наистина са по-уязвими.

Въпреки това, както отбелязва Левин, в реалните природни системи, като например горите, тези колебания може да играят по-малка роля, но в съобществата с кратки поколения – например, при насекомите или планктона те могат да бъдат важен фактор. Следващата стъпка, според Левин е да се разбере точно какви скрити взаимодействия между видовете водят до такива колебания и как те влияят върху стабилността на екосистемите.