science >> Wetenschap >  >> Natuur

Ecologische complexiteit en de biosfeer:de komende 30 jaar

Ecologische complexiteitsuitdagingen voor 2050. Met de stijging van de mondiale temperaturen, de bevolkingsgroei en de daaruit voortvloeiende druk op hulpbronnen en habitats, zal de biodiversiteit met grote bedreigingen worden geconfronteerd. Een cruciale rol van de wetenschap is het ontwikkelen van betrouwbare voorspellingen van toekomstige trends. Hier zijn vier voorbeelden gekozen (links) samen met de huidige prognoses (centrale kolom, geschatte 2050 staten aangegeven met een rode cirkel) en voorbeelden van de gebruikte complexe systeembenaderingen (rechts). (a) Stedelijke centra (afbeelding van Central Park, New York, door Ajay Suresh, Creative Commons) breiden zich snel uit als massale migraties naar steden. De groei van de menselijke bevolking (midden) neemt langzaam af, maar er zullen twee extra miljard mensen worden toegevoegd aan de huidige aantallen, tot 9,7 miljard in 2050. De huidige trend is een gevolg van de niet-lineariteiten die verband houden met hyperbolische dynamiek, die een singulariteit voorspelt op een gegeven moment. eindige tijd tc (rechts). (b) Regenwouden (afbeelding links door Gleilson Miranda, Creative Commons) ervaren een snel verlies en fragmentatie van hun leefgebieden, met voorspelde kritieke punten (middenplot, grijze balk, zie [2]) die binnen enkele decennia zullen worden bereikt. Deze kritische punten komen overeen met percolatiedrempels (rechterpaneel). (c) Drylands (afbeelding met dank aan David Huber) breiden uit en zullen in slechts drie decennia groeien van de huidige 40% tot meer dan 50%. Modellen van droge gebieden met vegetatiebedekking als een sleutelvariabele voorspellen scherpe overgangen tussen alternatieve toestanden, verbonden door drie verschillende verschuivingen [3]. Hier zijn er twee aangegeven. (d) Met name mariene ecosystemen en koraalriffen (links door Toby Hudson, Creative Commmons) worden beïnvloed door opwarming van de oceaan, eutrofiëring, ziekteverwekkers en overbevissing. De rifbedekking krimpt snel en kan in de komende decennia enorm vergaan. Hier wordt de vorige en voorspelde tijdreeks van koraalrifbedekking in Hawaï getoond (midden, gegevens van https://19january2017snapshot.epa.gov/cira/climate-action-benefits-coral-reefs_.html). Er zijn meerdere alternatieve toestanden geïdentificeerd (rechts) met verschillende bronnen van stress die sprongen van de ene toestand naar de andere veroorzaken. Credit:Filosofische transacties van de Royal Society B:biologische wetenschappen (2022). DOI:10.1098/rstb.2021.0376

In 1972 toonde het rapport Limits to Growth aan dat business as usual op een planeet met beperkte middelen en een snel groeiende menselijke bevolking alleen kan leiden tot onhoudbare groei en ineenstorting. Het rapport is geïnspireerd op de systeemwetenschap, een voorloper van de hedendaagse complexiteitswetenschap.

Nu is het tijd om dat werk bij te werken met behulp van de tools die in de afgelopen halve eeuw zijn ontwikkeld, zoals SFI External Professor Ricard Solé (Universitat Pompeu Fabra) en Science Board-lid Simon Levin (Princeton University) schrijven in de inleiding van een speciale uitgave van Filosofische transacties van de Royal Society B . Het themanummer onderzoekt de rol die de wetenschap van complexe systemen zal spelen bij ons begrip van de cruciale veranderingen waarmee de biosfeer van de aarde de komende drie decennia te maken zal krijgen.

We kunnen nu veel gedetailleerdere modellen ontwikkelen, met geografische variatie, met schalen variërend van bodem-microbioomnetwerken tot plant-water-interacties tot gekoppelde mens-omgevingssystemen. En de ontwikkeling van complexe systeemwetenschap stelt ons in staat om kantelpunten, een belangrijk kenmerk van klimaatverandering en de ineenstorting van het milieu, beter te modelleren, evenals mogelijke interventiescenario's. + Verder verkennen

Bioengineered bodemmicroben kunnen woestijnvorming helpen voorkomen