به نظر می رسد دانشمندان فیزیک پدیده هرج و مرج را در همه جا پیدا می کنند: در مدار سیارات، در سیستم های آب و هوایی، در گرداب های چرخان رودخانه. برای نزدیک به سه دهه، اکولوژیست ها هرج و مرج در دنیای زنده را در مقایسه به طور شگفت انگیزی نادر می دانستند. یک تحلیل جدیدبا این حال، نشان می دهد که هرج و مرج در اکوسیستم ها بسیار بیشتر از آن چیزی است که محققان تصور می کردند.
تانیا راجرز او به گذشته از طریق ادبیات علمی برای مطالعات اخیر در مورد هرج و مرج در اکوسیستم ها نگاه می کرد که چیزی غیرمنتظره را کشف کرد: هیچ کس در بیش از 25 سال تجزیه و تحلیل کمی از آن منتشر نکرده بود. راجرز، بوم شناس محقق در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز و نویسنده اول مطالعه جدید، گفت: «این یک نوع شگفت انگیز بود. «مثلاً، «باورم نمی‌شود کسی این کار را نکرده باشد».
بنابراین تصمیم گرفت خودش این کار را انجام دهد. راجرز و همکارانش با تجزیه و تحلیل بیش از 170 مجموعه داده های اکوسیستم وابسته به زمان دریافتند که هرج و مرج در یک سوم آنها وجود دارد - تقریباً سه برابر بیشتر از تخمین های مطالعات قبلی. علاوه بر این، آنها کشف کردند که گروه های خاصی از موجودات، مانند پلانکتون ها، حشرات و جلبک ها، بسیار بیشتر از موجودات بزرگتر مانند گرگ ها و پرندگان در معرض هرج و مرج هستند.
گفت: «این واقعاً اصلاً در ادبیات وجود نداشت استفان مونک، یک بوم شناس تکاملی در سانتا کروز و یکی از نویسندگان این مطالعه. نتایج آنها نشان می‌دهد که برای حفاظت از گونه‌های آسیب‌پذیر، ساخت مدل‌های جمعیتی پیچیده‌تر به‌عنوان راهنما برای سیاست‌های حفاظتی ممکن و ضروری است.
هنگامی که بوم شناسی برای اولین بار به عنوان یک علم رسمی در قرن 19 شناخته شد، فرض غالب این بود که طبیعت از قوانین ساده و به راحتی قابل درک پیروی می کند، مانند یک ساعت مکانیکی که توسط چرخ دنده های به هم پیوسته هدایت می شود. اگر دانشمندان می توانستند متغیرهای مناسب را اندازه گیری کنند، می توانستند نتیجه را پیش بینی کنند: برای مثال، باران بیشتر، به معنای برداشت بهتر سیب است.
در حقیقت، به دلیل هرج و مرج، گفت: «دنیا بسیار بیشتر از این است جورج سوگیهارا، یک بوم شناس کمی در موسسه اقیانوس شناسی اسکریپس در سن دیگو که در تحقیقات جدید دخالتی نداشت. آشوب منعکس کننده قابلیت پیش بینی در طول زمان است. به یک سیستم گفته می شود که اگر در یک بازه زمانی بسیار کم تغییر کند، پایدار است و اگر نوسانات آن غیرقابل پیش بینی باشد، تصادفی است. اما یک سیستم پر هرج و مرج - سیستمی که توسط پاسخ‌های غیرخطی به رویدادها اداره می‌شود - ممکن است در دوره‌های کوتاه قابل پیش‌بینی باشد، اما هر چه جلوتر می‌روید در معرض تغییرات چشمگیرتری قرار می‌گیرد.
راجرز می‌گوید: «ما اغلب آب و هوا را به عنوان نمونه‌ای از یک سیستم آشفته می‌آوریم. وزش نسیم تابستانی بر فراز اقیانوس‌های باز احتمالاً بر پیش‌بینی فردا تأثیری نخواهد داشت، اما در شرایط مناسب، از نظر تئوری می‌تواند طوفانی را در عرض چند هفته به داخل دریای کارائیب شخم بزند.
بوم شناسان شروع به معاشقه با مفهوم آشوب در دهه 1970 کردند، زمانی که زیست شناس ریاضی رابرت می یک ابزار انقلابی به نام نقشه لجستیک ایجاد کرد. این نمودار انشعاب (که گاهی به دلیل ظاهرش به عنوان طرح تار عنکبوت شناخته می شود) نشان می دهد که چگونه هرج و مرج در مدل های ساده رشد جمعیت و سایر سیستم ها در طول زمان رخ می دهد. از آنجایی که بقای موجودات بسیار تحت تأثیر نیروهای آشفته ای مانند آب و هوا است، بوم شناسان فرض کردند که جمعیت گونه ها در طبیعت نیز اغلب به طور آشفته افزایش و کاهش می یابد. نقشه های لجستیک به سرعت در این زمینه همه جا حاضر شدند زیرا بوم شناسان نظری به دنبال توضیح نوسانات جمعیت در موجوداتی مانند ماهی قزل آلا و جلبک هایی بودند که باعث جزر و مد قرمز می شوند.
در اوایل دهه 90، اکولوژیست ها مجموعه داده های سری زمانی کافی در مورد جمعیت گونه ها و قدرت محاسباتی کافی برای آزمایش این ایده ها جمع آوری کرده بودند. فقط یک مشکل وجود داشت: به نظر می‌رسید هرج و مرج آنجا نبود. فقط حدود 10 درصد از جمعیت های مورد بررسی به نظر می رسید که به طور آشفته تغییر می کنند. بقیه یا به طور پایدار چرخیدند یا به طور تصادفی در نوسان بودند. در اواسط دهه 1990 نظریه‌های آشوب اکوسیستم از مد علمی خارج شدند.
نتایج جدید راجرز، مونک و همکار ریاضیدانشان در سانتا کروز بتانی جانسونبا این حال، نشان می‌دهد که اثر قدیمی‌تر جایی را که آشوب پنهان شده بود، از دست داده است. برای تشخیص هرج و مرج، مطالعات قبلی از مدل هایی با یک بعد استفاده کردند - اندازه جمعیت یک گونه در طول زمان. آنها تغییرات مربوطه را در عوامل بی نظم دنیای واقعی مانند دما، نور خورشید، بارندگی و تعامل با گونه های دیگر که ممکن است بر جمعیت ها تأثیر بگذارد، در نظر نگرفتند. مدل‌های تک بعدی آنها چگونگی تغییر جمعیت‌ها را نشان می‌دهد، اما دلیل تغییر آنها را نه.
اما راجرز و مونک «به روشی معقول‌تر به دنبال [آشوب] بودند». هارون کینگ، استاد اکولوژی و زیست شناسی تکاملی در دانشگاه میشیگان که در این مطالعه شرکت نداشت. آنها با استفاده از سه الگوریتم پیچیده مختلف، 172 سری زمانی از جمعیت موجودات مختلف را به‌عنوان مدل‌هایی با حداکثر شش بعد و نه فقط یک بعد، تجزیه و تحلیل کردند و فضایی را برای تأثیر بالقوه عوامل محیطی نامشخص باقی گذاشتند. به این ترتیب، آنها می‌توانند بررسی کنند که آیا الگوهای آشفته و بی‌نظیر ممکن است در بازنمایی تک‌بعدی جابه‌جایی‌های جمعیت جاسازی شوند یا خیر. برای مثال، بارندگی بیشتر ممکن است به طور آشفته با افزایش یا کاهش جمعیت مرتبط باشد، اما تنها پس از چند سال تاخیر.
راجرز، جانسون و مونک در داده‌های جمعیتی حدود 34 درصد از گونه‌ها کشف کردند که نشانه‌های برهمکنش‌های غیرخطی واقعاً وجود داشت، که به‌طور قابل‌توجهی بیش از آنچه قبلاً شناسایی شده بود، هرج و مرج بود. در بیشتر آن مجموعه داده‌ها، تغییرات جمعیت برای گونه‌ها در ابتدا آشفته به نظر نمی‌رسید، اما رابطه اعداد با عوامل زمینه‌ای بود. آنها نمی‌توانستند دقیقاً بگویند کدام عوامل محیطی مسئول هرج و مرج بوده است، اما هر چه که بودند، اثر انگشت آنها روی داده‌ها بود.
محققان همچنین رابطه معکوس بین اندازه بدن یک موجود زنده و میزان آشفتگی پویایی جمعیت آن را کشف کردند. این ممکن است به دلیل تفاوت در زمان تولید باشد، با ارگانیسم‌های کوچکی که بیشتر زاد و ولد می‌کنند، همچنین بیشتر تحت تأثیر متغیرهای خارجی قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، جمعیت دیاتوم ها با نسل های حدود 15 ساعت، هرج و مرج بسیار بیشتری نسبت به دسته گرگ ها با نسل های تقریباً پنج ساله نشان می دهند.
با این حال، این لزوماً به این معنی نیست که جمعیت گرگ ها ذاتاً پایدار هستند. مونک گفت: "یک احتمال این است که ما شاهد هرج و مرج در آنجا نیستیم، زیرا ما اطلاعات کافی برای بازگشت به مدت زمان کافی برای دیدن آن نداریم." در واقع، او و راجرز گمان می‌کنند که به دلیل محدودیت‌های داده‌هایشان، مدل‌های آنها ممکن است میزان آشفتگی اساسی در اکوسیستم‌ها را دست کم بگیرند.
سوگیهارا فکر می کند که نتایج جدید ممکن است برای حفاظت مهم باشد. مدل‌های بهبود یافته با عنصر مناسب هرج و مرج می‌توانند کار بهتری را برای پیش‌بینی شکوفه‌های جلبکی سمی انجام دهند، یا برای جلوگیری از صید بیش از حد، جمعیت ماهیگیری را ردیابی کنند. در نظر گرفتن هرج و مرج همچنین می تواند به محققان و مدیران حفاظت از محیط زیست کمک کند تا درک کنند که پیش بینی معنی دار اندازه جمعیت تا چه حد امکان پذیر است. او گفت: "من فکر می کنم مفید است که این موضوع در ذهن مردم باشد."
با این حال، او و کینگ هر دو نسبت به اعتقاد بیش از حد به این مدل‌های آگاه از هرج و مرج هشدار می‌دهند. کینگ گفت: «مفهوم کلاسیک هرج و مرج اساساً یک مفهوم ثابت است.» این مفهوم بر این فرض بنا شده است که نوسانات آشفته نشان دهنده انحراف از برخی هنجارهای قابل پیش بینی و پایدار است. اما با پیشرفت تغییرات آب و هوایی، بیشتر اکوسیستم های دنیای واقعی حتی در کوتاه مدت به طور فزاینده ای ناپایدار می شوند. حتی با در نظر گرفتن بسیاری از ابعاد، دانشمندان باید از این خط پایه همیشه در حال تغییر آگاه باشند.
با این حال، در نظر گرفتن هرج و مرج گام مهمی به سمت مدل سازی دقیق تر است. مونک گفت: "من فکر می کنم این واقعا هیجان انگیز است." "این فقط با روشی که ما در حال حاضر در مورد پویایی زیست محیطی فکر می کنیم در تضاد است."
