Считай по головам
Как математические модели помогают экологам прогнозировать будущее видов
Одна из ключевых проблем современной экологии — сохранение разнообразия видов. Чтобы ее решить, экологи учатся прогнозировать численность животных, находящихся в зоне риска. В этом им помогает математическое моделирование, которое позволяет учитывать десятки экологических факторов и подбирать оптимальные условия для восстановления популяции. Мы расскажем о том, как строятся математические модели в экологии и как полученные расчеты помогают сохранить численность редких животных.
Со времен древнейших цивилизаций люди собирали знания об окружающей среде, в том числе о повадках диких животных и местах их обитания. Подход к изучению природы становился все более детальным и систематизированным, и к моменту возникновения экологии во второй половине XIX века, люди уже описали десятки тысяч биологических видов и даже имели некоторое представление об их численности.
В начале XX века стало очевидно, одни лишь полевые наблюдения не могут дать полной картины жизнедеятельности вида. Чтобы более точно прогнозировать будущее различных популяций, экологи начали разрабатывать собственный математический аппарат. Они научились строить модели, которые позволяли строить прогнозы и исследовать взаимосвязи между развитием видов и состоянием окружающей среды.
Первые математические уравнения, которые использовались экологами, не были специализированными и заимствовались из других наук. К примеру, основой для прогнозирования численности вида в свое время стало уравнение Томаса Мальтуса, ученого-демографа. Первоначально оно служило математическим выражением закона, согласно которому народонаселение растет в геометрической прогрессии, а средства существования — в арифметической, что неизбежно приводит к кризисам перенаселения.
Уравнение Мальтуса показывало рост численности популяции, которую ничто не ограничивает. В реальности это невозможно, ведь емкость среды обитания всегда ограничена — ресурсы, необходимые для жизни, не могут быть бесконечными. Поэтому следующим логичным шагом для понимания популяционной динамики стало уравнение Ферхюльста, которое показывало рост численности уже с учетом ограничений среды: