Ученые из России и Германии раскрыли необычные аспекты в работе водных экосистем, вписывающиеся в математические представления о хаотических явлениях. О значении подобных случайных изменений для функционирования экосистем сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда, которая, в свою очередь, ссылается на статью в журнале Scientific Reports.

"Самым удивительным оказалось то, что хаос чаще всего возникал именно в наиболее стабильных условиях. Получается, что даже в самых сбалансированных системах жизнь без элементов хаоса невозможна", - заявил Сергей Скарлато, главный научный сотрудник Института цитологии РАН в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

Под словом "хаос" математики и физики понимают различные феномены, чье поведение нельзя описать при помощи набора линейных уравнений. Иными словами, их реакцию на комбинацию из нескольких разных внешних факторов невозможно представить себе как сумму изменений, возникших при действии каждой из этих сил по отдельности.

Ярким примером этого считается так называемый "эффект бабочки", описанный метеорологом Эдвардом Лоренцом в 1961 году при просчете погоды. Он обнаружил, что малейшие изменения в изначальных условиях расчетов очень сильно меняют их конечный результат, причем делают это малопредсказуемым образом. Иными словами, простой взмах крыла чайки или бабочки в одном уголке Земли, как писал Лоренц, может кардинальным образом поменять погоду в другой части планеты.

Позже ученые обнаружили, что математический "хаос" присутствует во многих других природных и рукотворных феноменах, к примеру, в поведении курса ценных бумаг на бирже, поведении автолюбителей в пробках, а также во многих биологических системах, к примеру, в характере роста популяций некоторых животных или в процессах внутри мозга, связанных с развитием эпилептических припадков.

Хаос и порядок

Скарлато и его коллеги обогатили представления ученых о месте подобных процессов в мире природы, раскрыв крайне необычный пример того, как хаос управляет поведением экосистем, отличающихся крайне высоким уровнем организации и низким числом случайных изменений.

"Мы впервые исследовали взаимосвязь внешних регуляторов и внутренних механизмов, определяющих динамику сложного планктонного сообщества в условиях строго контролируемого постоянства таких факторов, как температура, освещение и тому подобное. Работы проводили в четырех экспериментальных экосистемах на протяжении одного года", - продолжает ученый.

По его словам, российских биологов и их германских коллег интересовало то, как различные условия среды влияли на взаимоотношения между фитопланктоном, его потребителями, хищниками и представителями прочих экологических ниш, чьи первичные культуры были извлечены из прибрежных вод Балтийского моря.

Эти наблюдения неожиданным образом показали, что хаос присутствовал на всех подобных уровнях. Хаотические изменения появлялись в их работе далеко не всегда, но они появлялись в их жизни с некоторой ненулевой вероятностью, вмешивались в работу экосистем и затем исчезали.

Как отмечает пресс-служба РНФ, данное явление было названо "парадоксом хаоса". Он заключается в том, что при постоянстве температуры, освещения и других факторов взаимодействия между организмами, казалось бы, тоже должны быть постоянными. Но именно они и становились пусковым механизмом для изменения динамики системы.

Открытие хаотических явлений в поведении подобных экосистем, как отмечают ученые, крайне важно учитывать при прогнозировании их будущего, особенно при оценке того, насколько уязвимы различные морские экосистемы к стрессовым воздействиям. Скарлато и его коллеги надеются, что их наблюдения и методика помогут экологам гораздо точнее делать подобные предсказания и планировать действия по защите биоразнообразия планеты.