탄광의 카나리아 :갑작스런 지역 사회 교대를 감지하기위한 최상

생물 다양성 보존의 중심적인 질문 중 하나는 종 멸종의 위험을 식별하는 것입니다. 종의 집단이 멸종 될 확률은 얼마입니까? 종 공동체는 지속적인 세계 환경 변화에 어떻게 대응 할 것인가? 우리는 커뮤니티가 강한 변화를 겪는 위험을 예상 할 수 있습니까?

대답은 아마도 일련의 일반적인 탄력성 지표 (또는 조기 경고 신호)를 사용하여 스트레스에 대한 거시적 반응을 보면 생태 시스템의 탄력성을 조사하는 데 있습니다. 이러한 지표는 역동적 인 시스템 이론을 기반으로하며, 시스템이 임계 값에 가까울 때 교란에 반응하는 데 느려집니다. 탄력성 지표는 시스템의 모니터링 시계열에서 직접 정량화 될 수 있으며, 이는 일련의 외부 방법과의 분산 및 자기 상관이 증가함에 따라

특히, 이론적 및 경험적 연구에 따르면 탄력성 지표는 다양한 생태 학적 상황에서 갑작스러운 생태 학적 변화를 예상하는 데 유용 할 수 있습니다. 비의 수준에서 사막으로 이동하는 건조지, 인 호수가 인 영양소 수준의 증가로 인해 호수가 부 영양을 일으키거나 과도하게 탐구되어 어업 인구가 추락하는 수산 인구는 모두 교대 전에 분산 및 자기 상관이 증가하는 지문을 남길 수 있습니다. 이러한 생태 교대는 비판적 전환이라는 특수 클래스의 반응에 속합니다. 중요한 전환은 한쪽에서 약간의 틸팅이 약간 증가하여 카누의 캡슐화와 같은 외부 조건의 작은 변화에 의해 유발되는 갑작스러운 응답을 설명합니다. 일단 발생하면 중요한 전환은 (가능한 경우) 역전하기가 어렵습니다.

종 공동체는 또한 중요한 전환을 경험할 수 있습니다. 서식지 파괴, 극단적 인 사건, 외계 종의 침략, 기후 변화는 종의 지배의 변화에서 종 멸종에 이르기까지 지역 사회에서 갑자기 변화를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 식품-부스 (식물과 초식 동물과 같은 종이 영양 상호 작용을 통해 연결되는 지역 사회)에서 최고 포식자의 상실은 계단식 효과를 가질 수 있으며 종의 우세 또는 계단식 멸종의 급격한 변화를 초래할 수 있습니다. 그렇다면 커뮤니티가 어떤 유형의 환경 스트레스에서 중요한 전환의 위험을 증가시키는 지 어떻게 알 수 있습니까?

대답은 간단 해 보입니다. 우리는 공동체의 모든 종의 인구를 모니터링 할 수 있으며 탄력성 지표를 사용하여 안정성의 시간적 변화를 정량화하여 지역 사회가 갑자기 전환을 경험할 위험을 평가할 수 있습니다. 그러나 정말 가능합니까? 공동체는 최대 수백 종의 종으로 구성됩니다. 공동체에서 종을 지속적으로 모니터링하는 것은 어려운 일이며, 우리가 단일 종을 지속적으로 모니터링 할 수 있더라도, 공동체의 모든 종에 대해 동일하게하는 것은 실제로 불가능할 것입니다. 그러나 이러한 제약으로 인해 몇 종만 모니터링 할 수 있다면, 전체 공동체의 탄력성을 가장 잘 반영하는 종을 측정한다는 것을 어떻게 알 수 있습니까?

이 질문에 대답하기 위해, 우리는 시뮬레이션 된 다중 종 커뮤니티의 탄력성을 측정함으로써 이론적 실험을 수행했습니다. 구체적으로, 우리는 스트레스 수준이 증가 할 때 탄력성 지표에서 가장 강력한 변화를 보이는 종을 정의한 특성을 조사했습니다. 우리는 공통 자원을 위해 경쟁 종의 지역 사회의 역학을 시뮬레이션하여이를 수행했습니다. 각 커뮤니티는 종 네트워크의 토폴로지가 그 속성이 다르다는 점에서 다른 아키텍처를 가졌습니다. 우리는 지역 사회 구성이 갑자기 전환 될 때까지 이러한 지역 사회를 점차 강조했습니다. 각 스트레스 수준에 대해, 우리는 각 종의 바이오 매스와 전체 공동체의 바이오 매스를 사용하여 분산 및 자기 상관의 변화를 추정했습니다.

예상 한 바와 같이, 우리는 공동체의 모든 종이 지역 사회의 갑작스런 전환에 대한 근접성을 알리는 데 똑같이 민감하지 않다는 것을 확인했습니다. 어떤 종은 다른 종보다 더 나은 지표 종입니다. 반면에, 모든 종 바이오 매스를 결합한 지표는 종 수준의 탄력성 지표보다 더 나은 성능을 발휘합니다. 이 결과는 식물과 그 곤충 또는 조류 수분 조절제의 상호 적용 공동체에 대한 초기 모델링 작업을 공명했으며, 이는 탄력성 지표의 강도가 비판적 전환 전에 공동체의 종마다 다르다는 것을 보여 주었다.

최고 및 최악의 지표 종의 특성을 자세히 살펴보면, 상호 작용 한 종의 수 또는 그들이 속한 공동체의 건축과 같은 구조적 특성에는 일관된 패턴이 없었습니다. 대신, 전환 전에 탄력성 지표에서 가장 강력한 경향을 나타내는 것은 공동체에서 침입하고 무너진 종이었습니다. 이것은 가장 강력한 변화를 경험하는 종들이 지역 사회의 역학을 주도하는 종이며, 따라서 다가오는 변화를 가장 잘 반영 할 수 있음을 의미합니다.

어느 정도까지 이것은 기대할 수있는 논리적입니다. 그럼에도 불구하고, 큰 변화를 겪었지만 탄력성 지표에서 그것들을 반영하지 않은 종들이있었습니다. 이것은 단순히 그들의 갑작스러운 변화가 실제로 변화를 일으키는 종에 의해 발생했기 때문입니다. 그럼에도 불구하고,“진정으로”변화를 주도하고 최고의 지표 종인 종을 만드는 것은 선험적으로 인식하기 어려운 구조적 및 인구 통계 학적 특성의 혼합이지만, 모니터링 된 종들 사이의 탄력성 지표의 변화 속도를 비교함으로써 간접적으로 추론 될 수 있습니다.

어떤 종을 최상의 인디케이터 종으로 사용할 수 있는지 이해하는 것은 어려운 일입니다. 그럼에도 불구하고 어떤 종의 특성이 종을“탄광에서 카나리아”로 만들 수 있는지 식별 할 수 있다는 것은 스트레스를받는 연약한 생태 공동체의 보호에 기여하는 현재의 보존 프로그램을 크게 발전시키고 촉진 할 수 있습니다.

이러한 결과는 최근에 생태 학적 지표 저널에 발표 된 다국적 지역 사회에서 갑작스러운 전환을위한 최상의 인디케이터 종을 식별하는 기사에 설명되어 있습니다. 이 작품은 ETH Zurich와 Université de Montpellier의 Vasilis Dakos에 의해 수행되었습니다.

참조 :

1. dakos v  (2018) 다종 지역 사회에서 갑작스런 전환을위한 최상의 인디케이터 종을 식별합니다.  생태 학적 지표  94, 494–502. doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.10.024