2011 년 생태 학자 Ryan Chisholm은 전 세계 12 개의 다른 숲에서 나무 인구 조사 데이터를보고있었습니다. 이 곳에서 4,000 종 이상의 나무가 자랐으며, 그 수는 수년에 걸쳐 상승하고 떨어졌습니다. 그려진 숫자는 생태계에서 생태 시간에 거의 밤새 변할 수있는 생태계였습니다. 예를 들어, inga marginata라는 작고 광택이 나는 나무가 입니다 2005 년에 파나마 숲 음모에 400 명의 개인이있었습니다. 2010 년에는 거의 두 배가되었습니다.
그러나 12 개의 숲 모두에서 한 가지 세부 사항이 특히 주목할 만했습니다. 변화의 속도와 규모는 이론 생태학의 주요 이론 중 하나에 의해 예측 된 것과 비슷하지 않았습니다. 중립 이론이라고 불리는 그 아이디어를 기반으로 한 모델은 조경에 대한 종의 분포가 놀랍도록 간단한 입력을 사용하여 설명 할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 여기서 이론은 무너지고 있었다. Chisholm은“이러한 변동이 얼마나 큰지 살펴 봅니다. “그리고 그들은 단지 엄청납니다. 중립 이론이 예측하는 것보다 훨씬 더 크다. … 더 큰 순서.”
Chisholm이 파나마의 Smithsonian Tropical Research Institute에서 토후에 발판을 내렸을 때, 그는 박사후 DOC 인 다른 사람들이 같은 것을 발견했다는 것을 알게되었습니다. 그 성공이 무엇이든, 중립 이론은 전혀 변화를 모델링하지 않았다. 심지어 멸종 된 종의 시간이 얼마나 오래 걸리는지에 대한 추정은 현실보다 수십에서 수백 배 더 길어질 수있다. 그 이후로 Chisholm의 하나를 포함하여 다양한 그룹의 논문과 어제 생태학 에 출연 한 공동 작업자를 포함하여 , 질문에 대답하려면 :중립 이론이 시간이 지남에 따라 변화를 보여줄 수 있습니까? 그리고 모델을 손상시키지 않고 아름답고 간단한 모델을 생물학의 복잡한 지저분함과 더 밀접하게 연결할 수 있습니까?
중립 모델에서, 종에 관계없이 생태계의 각 개인은 같은 체력으로 시작합니다. 연도가 지나면 은유 적 주사위는 각 개인이 죽거나 재생되는지 여부를 결정하도록 굴러옵니다. 새로운 개인은 지역 사회의 국경 밖에서 도착하며, 때때로 새로운 종이 발생합니다. 시간이 지남에 따라이 과정의 결과는이 포켓 우주에서 발생합니다. 이 모델에는 종 간의 차이, 또는 한 종이 번성하는 동안 다른 종의 차이에 대해서는 아무것도 포함되어 있지 않거나 다른 종이 실패하는 동안 또는 허리케인이나 가뭄이 발생했는지에 대한 틈새에 관한 것이 포함되어 있습니다. 잠시 후,이 포켓 우주를 연구하는 생태 학자들은 일시 정지 버튼을 누르고 해당 지역이 어떻게 진화했는지 볼 수 있습니다. 모델을 설정하는 방법에 따라 생태 학자들은 예를 들어 각 종 중 얼마나 많은 개체가 있는지 또는 종이 풍경을 가로 질러 자신을 어떻게 배치했는지를 볼 수 있습니다.
열대 열대 우림과 산호초를 포함한 특정 장소의 경우, 이런 식으로 생성 된 그림은 해저의 외딴 정글이나 산호 종에서 나무를 세는 현장 생물 학자들의 관찰과 현저하게 비슷하게 보입니다. "중립 이론은 적어도 가장 적합한 것이 아니라 가장 운 좋게도 가장 운이 좋은 모델에 의해 최초의 근사치로서 많은 자연의 복잡성을 근사화 할 수 있다고 제안했기 때문에 모든 종은 생존하고 번성하는 사람들이며 모든 종은 동일하다"고 말했다. "놀랍게도,이 이론은 많은 생태 공동체에서 공통성, 희귀 성 및 종의 수를 설명하는 데 매우 성공적이었습니다."
.이론의 성공은 생태 학자들이 생태계에서 패턴을 생성 할 수있는 것을 이해하도록 돕기 때문에 중요합니다. 예를 들어, 전 세계 열대 우림의 나무 종의 대부분은 드물다는 것은 신비한 사실입니다. 희귀 종의 수가 많을 것으로 예상하고 궁극적으로 일반적인 종에 의해 대체 될 것으로 예상되지만, 희귀 종은 지속될 것으로 기대할 것입니다. 대부분의 생태 학적 모델은이 상황을 모방 할 수 없습니다. 그러나 그것은 중립 이론의 가장 승리의 성공 중 하나이며, 희귀 성의 지속성은 무작위성과 새로운 종의 이민보다 더 복잡한 것을 요구하지 않는다는 것을 암시합니다.
.기초 과학에 대한 유용성 외에도 생물 다양성에서 대규모 패턴을 이해하는 것은 실질적인 영향을 미칩니다. 보존 관리자가 희귀하고 일반적인 종의 분포를보다 완전하게 이해한다면, 싱가포르 국립 대학교 (National University of Singapore)의 Chisholm 's Lab의 박사 학위 인 Tak Fung은 자신의 치료에 따라 생태계를 더 잘 처리 할 수 있다고 말했다.
그러나 중립 모델은 정적 이미지 생태 학자들이 시뮬레이션을 일시 중지 할 때 보는 경우에만 작동합니다. 모델의 일반적인 효과를 보는 대신 시간이 지남에 따라 여러 지점에서 어떻게 작동하는지보고 싶다면 현실과의 유사성이 붕괴됩니다. 현실 세계에서는 inga marginata와 같은 사례, 5 년 만에 숫자를 두 배로 늘리는 것이 일반적입니다. 그러나 중립 모델에 따르면, 나무가 한 인구 조사에서 다른 인구 조사에서 다른 인구 조사로 두 배가 될 가능성은 10 명 중 1 명이며 Chisholm은 엄청나게 작습니다. 곰팡이는“우리는 [무엇이 누락 된 지, 어떤 종류의 요인이 종의 풍요 로움에서 이러한 큰 변동을 주도하고 있는지 알고 싶어한다”고 말했다.
곰팡이와 다른 사람들은 누락 된 것이 환경 변화의 영향 일 수 있다고 생각합니다. 콜드 스냅 또는 열파 또는 홍수는 종의 체력에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 아이디어는 이러한 변화가 장기적으로 중요하며, 효과가 생태계의 진화에 영향을 미치기 위해 영향을 미치고 회전한다는 것입니다. 새로운 연구 에서이 팀은 파나마와 말레이시아에있는 두 개의 숲에 중점을 둡니다. 거의 30 년에 걸친 인구 조사 데이터를 사용하여 각 산림의 두 가지 대조 모델을 제시합니다. 한 모델은 중립 모델이고 다른 모델은 환경 변화를 반영하기위한 추가 변동을 포함합니다.
두 번째 모델에서는 숲의 모든 개인에 대해 주사위가 굴러가는 대신 각 종에 대해 구르고 있습니다. 주어진 종의 한 개인이 나쁜 해를 가졌다면, 그 종의 모든 구성원은 나쁜 해를 가질 것입니다. 한 개인이 좋은 해를 보낸다면 전체 종도 마찬가지입니다. 이 과정은 광범위한 환경 변화가있을 때 일어날 수있는 일을 반영하기위한 것입니다. 예를 들어, 가뭄이 숲에 부딪칩니다. 건조로 번성하는 종은 확산되는 반면, 많은 물이 필요한 종은 번식하지 못할 것입니다. Chisholm은“이것이 1,000 명의 인구에서 무엇을 의미하는지 생각한다면, 그들은 모두 좋은 해를 가질 수 있고 모두 재생산 될 수 있으며 인구 규모가 크게 증가 할 수 있습니다. 또는 그들은 모두 나쁜 해를 가질 수 있고, 많은 사람들이 죽고 당신은 크게 감소합니다.”
.연구원들은 각 모델에 대한 결과 범위가 무엇인지 확인하기 위해 각 시뮬레이션을 수천 번 실행했습니다. (이 작업은 몇 달 동안 컴퓨터 클러스터를 바쁘게 유지했습니다.) 그런 다음 그들은 숲의 실제 데이터 (많은 헥타르에 걸쳐 수집 된 나무 수가 그 범위에 속했는지 여부를 보았습니다.
두 모델 모두 희귀 종과 일반적인 종의 혼합을 근사화했습니다. 두 모델은 또한 총 종 수와 개인 수를 모두 예측했습니다. 그러나 환경 차이가있는 모델만이 수년에 걸쳐 각 종의 숫자의 변화를 근사화 할 수 있습니다.
그와 그의 동료들이 환경 변화를 포함하는 다른 모델과 비슷한 것을 발견했기 때문에이 작업에 관여하지 않은 Kalyuzhny에게는 흥미 진진한 발견입니다. 이러한 발견 전에, 추가 변동의 도입이 중립 이론의 능력을 재현 할 수 있는지, 또한 변동을 설명 할 수 있는지는 아무도 몰랐다. 이제 최소한 두 그룹이 가능하다는 것을 알았습니다.
이번 연구 결과는 종이 존재할 시간을 예측하는 데 중립 이론의 문제를 해결하기위한 더 큰 경향의 일부라고 프린스턴 대학의 생태 학자 인 스티브 파 칼라 (Steve Pacala)는 자신이 집중하지는 않지만 중립 이론에 관심이 있다고 말했다. 그는 중립 이론과 다른 아이디어가 많은 생태 학자들에게 반드시 인기가 없다고 지적합니다. "생물 학자들은 특정한 것을 존중하도록 배웁니다"라고 그는 말했다. “좋은 현장 생물학 자, 특히 열대 생물학자가 되려면 열대 우림에서 무언가를보고 다른 사람이 할 수없는 것을 식별하거나 특별하고 새롭고 아름답고 멋진 것을 발견하는 것을 의미합니다. 여기에는 유기체의 특별한 특성이 전혀 중요하지 않은 것처럼 시스템을 모델링하려고하는 많은 사람들이 있습니다. … 나는 논문의 저자들이 실제로 그 지역의 선봉에 있다고 생각합니다. 그들은 계속해서 상당한 양의 저항을 받고 있지만 아마도 옳다고 생각합니다.”
.그럼에도 불구 하고이 연구는 몇 가지 중요한 질문에 답하지 않습니다. 중립 이론을 처음 개발 한 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학의 생태 학자 인 스티브 허브 벨 (Steve Hubbell) 은이 논문과 다른 사람들은 적어도 일부 종에 대해 시간이 지남에 따라 이론을 작동시키기 위해서는 환경의 차이를 고려하는 것이 필요하다고 밝혔다. 그는 희귀 종보다 공통 종의 변화를 예측하는 데 더 중요한 것으로 보인다.
그러나 그는이 작업이 어떤 형태의 환경 변화가 인구 규모의 변화를 일으킬 수 있는지 설명하지 않는다고 지적했다. "우리는이 논문에서 실제로 원인의 원인 측면 에서이 차이의 출처에 대해 아무것도 배우지 않습니다." “나는 그것을 구입한다. 사실이라고 생각합니다. 다음에 무엇을하라고 말합니까? 모르겠습니다. 더 큰 차이를 유발할 수있는 가질 리온과 가능한 한 가지가 있으며,이 메커니즘을 지정하기 위해 데이터가 무엇인지 알아내는 것은 사소한 문제입니다.”
.따라서 새로운 모델은 더 나은 예측을 산출하지만, 원인과 결과에 대한 흥미로운 질문에 맞는 생태학에 대한 3 천명의 관점에서 아직 후손은 아닙니다. 홍수, 가뭄, 딱정벌레의 재앙, 온도 상승, 자연의 무시 무시한 가능성 중 일부가 장기적으로 생태계를 형성하기 위해 개인에 대한 영향에서 확장되는 섭동이 확실하지 않습니다. 그리고이 이론들에 의해 그려진 큰 그림은 어디에 다른 사람이 채울 수없는 틈새 시장을 차지할 수있는 상세하고 지저분한, 복잡한 현장 생물학 세계로 사라 집니까? 열린 질문입니다.
곰팡이는 그의 그룹이 특정 환경 변화가 모델에서 보는 효과를 만들 수 있는지 테스트하는 방법을 고려하고 있다고 말했다. "까다로운 질문입니다." "우리는 우리가 집중하고 싶은 것을 선택하는 데 똑똑해야한다고 생각합니다." 온도와 강수량의 변화는 후보자 일 가능성이 있지만 팀은 먼저 이러한 변화와 모델에 사용 된 숫자, 즉 비나 열 또는 폭풍이 다른 종의 체력에 어떤 영향을 미치는지 결정하기 위해 먼저 해독해야합니다. Fung의 관점에서,이 작품은 향후 20 년 동안 전개 될 것입니다.
중립 이론에 더 자세한 내용을 추가하면 많은 다른 생태계에서 일반적인 패턴을 예측하는 것이 가장 좋은 것을 방해하는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 아마도 그것은 허용 가능한 트레이드 오프 일 것입니다. 새로운 논문의 공동 저자 인 일리노이 대학교의 이론 생태학자인 제임스 오드 와이어 (James O'Dwyer)는 중립 이론과 같은 생태학의 높은 수준의 아이디어가 가스의 일반적인 특성을 매우 잘 설명하는 물리학의 방정식과 같을 수 있다고 제안한다. 저온 또는 고압과 같은 비정형 시스템에 대한 예측을 위해 과학자들은 다른 특정 법칙을 사용합니다. 같은 방식으로 중립 이론에 대한 적응이 필요할 수 있습니다.
Chisholm은 궁극적으로 어떤 모델이 가장 성공적인 것으로 판명되었는지에 관계없이, 환경 변화가 생태계의 종의 다양성에 어떤 영향을 미치는지에 대한 문제는 항상 더 중요 해지고 있다고 말했다. "미래에 환경 차이가 증가 할 것이라면 다양성에 미치는 영향은 무엇입니까?" 그는 말했다. “생태계에 대한 예측을하려면 환경 분산의 좋은 모델이 정말 필요합니다. 우리의 작업은 그 방향의 단계입니다.”
