(資料圖)
"知道這些波動是有規(guī)律的、混沌的還是隨機(jī)的,對我們預(yù)測種群大小以及它們對管理干預(yù)的反應(yīng)有重大影響,"加州大學(xué)舊金山分校海洋科學(xué)研究所的NOAA漁業(yè)生態(tài)學(xué)家和研究員Tanya Rogers說。
混沌和非混沌的種群動態(tài)不能通過對時間序列的視覺檢查來可靠地區(qū)分。在這個昆蟲、哺乳動物和浮游植物的混沌和非混沌時間序列的隨機(jī)樣本中(從上到下),左邊是混沌的,右邊顯示的是有序的。資料來源:Tanya Rogers等人,《自然-生態(tài)與進(jìn)化》2022年版
這項新的研究剛剛發(fā)表在《自然生態(tài)學(xué)與進(jìn)化》雜志上,由Rogers領(lǐng)導(dǎo)。她的合著者是加州大學(xué)舊金山分校應(yīng)用數(shù)學(xué)系和生態(tài)學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)系的兼職教授Stephan Munch,以及加州大學(xué)舊金山分校應(yīng)用數(shù)學(xué)系的博士生Bethany Johnson。
據(jù)研究人員說,他們在一個生態(tài)數(shù)據(jù)庫中研究的種群中有30%以上顯示出混沌動態(tài)的跡象。在以前研究混沌現(xiàn)象的精選分析中,發(fā)現(xiàn)混沌現(xiàn)象在自然界的種群中要么不存在,要么不經(jīng)常出現(xiàn)。然而,作者推測,這不是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在穩(wěn)定的結(jié)果,而可能是數(shù)據(jù)有限和使用不適當(dāng)?shù)姆椒ǖ慕Y(jié)果。
Munch說:"現(xiàn)在有更多的數(shù)據(jù),你有多長的時間序列對檢測混亂的動態(tài)有很大的區(qū)別。我們的研究還表明,以前精選分析中的方法學(xué)假設(shè)對檢測混沌有偏見。"
在新的研究中,研究人員使用了新的和更新的混沌檢測算法,并在模擬數(shù)據(jù)集上對它們進(jìn)行了嚴(yán)格的測試。然后他們將三種最好的方法應(yīng)用于全球人口動態(tài)數(shù)據(jù)庫的172個人口時間序列的數(shù)據(jù)集。
他們的分析揭示了混沌動力學(xué)、壽命和體型之間有趣的聯(lián)系。混沌在浮游生物和昆蟲中最普遍,在鳥類和哺乳動物中最不普遍,而在魚類中則居中。
Rogers說:"很多短命的物種傾向于有混亂的人口動態(tài),這些也是傾向于有繁榮和蕭條動態(tài)的物種。這些結(jié)果表明,生態(tài)預(yù)測可能有內(nèi)在的局限性,并提醒不要使用基于平衡的方法進(jìn)行保護(hù)和管理,特別是對短命的物種。從漁業(yè)管理的角度來看,我們希望預(yù)測魚類種群,以便我們能夠為漁業(yè)捕撈設(shè)定限制。如果我們不承認(rèn)混沌的存在,我們可能會失去使用適合混沌系統(tǒng)的方法進(jìn)行短期預(yù)測的可能性,而對我們進(jìn)行長期預(yù)測的能力過于自信。"
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