Πρόβλεψη κατάρρευσης
Το 1990, οι αλιείς του Βορείου Ατλαντικού μετέφεραν περισσότερους από 200.000 μετρικούς τόνους μπακαλιάρου. το 1992 δεν έπιασαν σχεδόν κανένα. Η κατάρρευση κόστισε τη δουλειά τους σε χιλιάδες Καναδούς ψαράδες και εργάτες σε εργοστάσια και η αλιεία μπακαλιάρου στο βόρειο τμήμα δεν ανέκαμψε ποτέ. Τώρα, οι φυσικοί που μελετούν εργαστηριακή ζύμη έχουν βρει έναν νέο τρόπο για να πουν πότε μια τέτοια κατάρρευση είναι επικείμενη. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το προειδοποιητικό σήμα τους μπορεί να βοηθήσει τους διαχειριστές αλιείας και άγριας ζωής να δράσουν έγκαιρα για να σώσουν τους αγχωμένους πληθυσμούς.
Το έργο της ομάδας είναι «ένα πολύ ωραίο χαρτί» που «θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε κάποιες νέες ιδέες», λέει ο Stephen Carpenter, οικολόγος στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν. Madison, ο οποίος έχει μελετήσει παρόμοια σήματα έγκαιρης προειδοποίησης σε λίμνες.
Το κλειδί για την πρόληψη της κατάρρευσης του πληθυσμού είναι ο εντοπισμός πρώιμων ενδείξεων προβλημάτων. Ένα αναγνωρισμένο προειδοποιητικό σήμα είναι ότι τα ανθυγιεινά συστήματα συχνά χρειάζονται περισσότερο χρόνο από τα υγιή για να αναρρώσουν από μια διαταραχή. Οι επιστήμονες το αποκαλούν αυτό «κρίσιμη επιβράδυνση». Για παράδειγμα, ο Carpenter και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι τα επίπεδα των φυκών αργούσαν να επανέλθουν στο φυσιολογικό σε μια λίμνη στην οποία είχαν προσθέσει λαβράκι, ένα αρπακτικό ψάρι. Ωστόσο, η μέτρηση αυτής της επιβράδυνσης στη φύση μπορεί να απαιτήσει δεδομένα πολλών ετών - μια πολυτέλεια που πολλοί διαχειριστές αλιείας και άγριας ζωής δεν έχουν.
Εισαγάγετε Saccharomyces cerevisiae , κοινώς γνωστή ως μαγιά μπύρας. Τον Ιούνιο του 2012, ο φυσικός Τζεφ Γκορ του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης στο Κέμπριτζ και οι συνεργάτες του ανέφεραν ότι είχαν προκαλέσει κρίσιμη επιβράδυνση σε εργαστηριακούς πληθυσμούς αυτών των μονοκύτταρων μυκήτων. Τα κύτταρα της ζύμης μπύρας διασπούν τα μη βρώσιμα σάκχαρα στο περιβάλλον τους σε βρώσιμα, που σημαίνει ότι τα άτομα λαμβάνουν ώθηση από τη δουλειά των γειτόνων τους - ειδικά σε υψηλές πυκνότητες. Έτσι, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αγχώσουν τους πληθυσμούς τους αραιώνοντάς τους. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι σε χαμηλότερες πυκνότητες, οι πληθυσμοί χρειάζονταν περισσότερο χρόνο για να επιστρέψουν στα προηγούμενα επίπεδα αφού σοκαρίστηκαν με μια δόση αλατιού - η οποία μπορεί να βλάψει ή να σκοτώσει τη μαγιά - στο μέσο ανάπτυξής τους. Αλλά μια απομονωμένη αποικία εργαστηρίου είναι ένα εξαιρετικά τεχνητό σύστημα. Στα πραγματικά οικοσυστήματα, τα πλάσματα μπορούν να μετακινηθούν από το ένα μέρος του περιβάλλοντος τους στο άλλο.
Έτσι, στη νέα τους μελέτη, ο Gore και οι συνεργάτες του συνέδεσαν πληθυσμούς ζύμης με μετανάστευση. Οι ερευνητές μεγάλωσαν ομάδες αποικιών ζύμης σε σειρές μικρών, κυκλικών φρεατίων σε πλαστικούς δίσκους - φανταστείτε το κάτω μισό ενός μικροσκοπικού κουτιού αυγών που έχει οκτώ σειρές αντί για δύο. Κάθε πρωί, οι επιστήμονες μετέφεραν το ένα τέταρτο κάθε πληθυσμού στα πηγάδια εκατέρωθεν του, προσομοιώνοντας μια φυσική διαδικασία διασποράς όπως τα ψάρια που κολυμπούν από τη μια περιοχή μιας λίμνης στην άλλη. Στη συνέχεια, η ομάδα αραίωσε τα κύτταρα σε ένα από τα φρεάτια σε κάθε ομάδα σε εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα, δημιουργώντας αυτό που αποκαλούν «κακή περιοχή». Οι ερευνητές μέτρησαν το μέγεθος κάθε πληθυσμού την επόμενη εβδομάδα και διαπίστωσαν ότι οι αποικίες και στις δύο πλευρές της στρεσαρισμένης ζύμης στην κακή περιοχή μειώθηκαν επίσης. Αλλά οι πληθυσμοί δύο ή περισσότερα πηγάδια μακριά παρέμειναν υγιείς.
Τότε οι επιστήμονες έδωσαν το νοκ άουτ. Άρχισαν να αραιώνουν κύτταρα ζύμης στα υπόλοιπα φρεάτια, φέρνοντας ολόκληρη την ομάδα πιο κοντά στην κατάρρευση. Διαπίστωσαν ότι η απόσταση μεταξύ της κακής περιοχής και του πλησιέστερου πηγαδιού με υγιή πληθυσμό αυξήθηκε από δύο πηγάδια σε τρία ή περισσότερα. Ο Γκορ και οι συνεργάτες του αποκαλούν αυτή την απόσταση «μήκος ανάκαμψης» και πιστεύουν ότι θα μπορούσε να παρατηρηθεί σε περιβάλλοντα πραγματικού κόσμου με ενδιαιτήματα διαφορετικών επιπέδων φυσικής κατάστασης. Για παράδειγμα, οι διαχειριστές θα μπορούσαν να παρακολουθούν τον αριθμό των ψαριών σε ένα θαλάσσιο απόθεμα δίπλα σε ένα αλιευτικό και να περιορίσουν την αλιεία εάν η απόσταση από την άκρη του αλιευτικού ιχθυοτροφείου μέχρι την πλησιέστερη περιοχή υγιών πληθυσμών ψαριών αυξηθεί. Η διάρκεια ανάκτησης είναι μια "νέα κατηγορία δείκτη που δεν έχει προταθεί στο πεδίο", λέει ο Gore, η ομάδα του οποίου δημοσίευσε τα αποτελέσματά της στο διαδίκτυο σήμερα στο Nature .
"Το πραγματικά ωραίο με τη διορατικότητα είναι ότι θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε συνθήκες πεδίου", λέει ο Carpenter. Οραματίζεται οικολόγους να μελετούν δορυφορικές εικόνες λιβαδιών ή άλλων οικοσυστημάτων για να αναζητήσουν αυξήσεις στο μήκος ανάκτησης. Ο Carpenter σημειώνει επίσης ότι, ενώ "τα πραγματικά τοπία είναι πολύ πιο περίπλοκα από μια μονοδιάστατη κλίση καλλιεργειών ζύμης", το εργαστηριακό πείραμα του Gore προσθέτει κάτι που οι μελέτες ολόκληρου του οικοσυστήματος όπως το συχνά δεν μπορούν:εύκολη αναπαραγωγή και έλεγχος. «Τα πειράματα μαγιάς μας δίνουν μια ακόμη οπτική γωνία για να σκεφτούμε το πρόβλημα», γράφει ο Carpenter σε ένα e-mail.
Για τον Γκορ, το επόμενο βήμα είναι να προσεγγίσει ανθρώπους που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από τα αποτελέσματά του. Πρόσφατα ξεκίνησε συνεργασίες με επιστήμονες που εργάζονται σε οικονομικά και οικολογικά σημαντικά συστήματα όπως η αλιεία και οι αποικίες μελισσών. «Κανείς δεν θέλει να σώσει αναγκαστικά τους μικροβιακούς μου πληθυσμούς από την κατάρρευση», παραδέχεται. «Θέλουμε πραγματικά να σώσουμε πληθυσμούς στην άγρια φύση».
