Biodiversitatea, speciile își țes rețelele pentru știință
Speciile depind unele de altele pentru supraviețuire și formează astfel sisteme complexe. Rețelele de specii în care unele sunt legate de multe altele sunt mai rezistente la schimbare.
Dodo a dispărut din Mauritius în jurul anului 1680. Cam în același timp, tambalacoque, o specie de arbore endemică a insulei, a încetat să se reproducă. În 1980, erau doar 13 supraviețuitori, în vârstă de 300 de ani. Biologul american Stanley Temple a emis ipoteza că semințele de tambalacoque trebuie să treacă prin sistemul digestiv al dodo-ului pentru a germina.
Imagini TV natură/Franța 5
Numărul de specii de animale și plante existente pe planetă este enorm: între 5 și 50 de milioane conform estimărilor (fără a se număra bacteriile), care reprezintă doar o mică fracțiune (de ordinul a 0,01 la sută) dintre cele care au populat Pământul la un moment dat sau altul în istoria sa. Potrivit unei evaluări efectuate în cadrul Convenției de la Rio din 1992, 4.500 de specii de animale și 25.000 de specii de plante ar fi amenințate cu dispariția în următorii ani. În prezent, acestea dispar cu o rată de 1.000 până la 10.000 pe milion de specii existente la fiecare zece ani.
În acest inventar, speciile apar ca entități independente, dispariția uneia dintre ele ne lipsind de caracteristicile sale: valoarea patrimoniului, interesul științific etc. Regretăm dispariția unei astfel de plante pentru proprietățile sale medicinale sau a unei păsări precum dodo care ne-a făcut să visăm. Cu toate acestea, speciile sunt aproape întotdeauna legate între ele (prădare, mutualism, concurență etc.): formează astfel ansambluri sau comunități, a căror structură (organizare) variază în funcție de migrații, de evoluție sau de dispariția speciilor. Această structură este esențială. În primul rând, deoarece permite (sau nu) introducerea de noi specii. Astfel, pe coasta Pacificului din Statele Unite, multe scoici concurează pentru a se atașa de stânci; coexistă în prezența prădătorului lor, o stea de mare. În absența acesteia, însă, midiile, specia preferată de stea de mare, colonizează întreaga suprafață. Înființarea unei noi specii nu depinde deci doar de propriile caracteristici (natalitate ridicată, fixare bună pe stâncă etc.), ci și de structura comunității în care ajunge (vezi figura 1).
Structura unei comunități influențează, de asemenea, proprietățile globale ale ecosistemului (definit ca întregul format dintr-o comunitate, mediul său fizic și relațiile care le unesc). David Tilman, Universitatea din Minnesota, SUA, a cultivat parcele care conțin fie mai multe specii de plante de prerie, fie doar una, și a comparat cantitatea de iarbă produsă de fiecare parcela. Majoritatea speciilor sunt mai productive atunci când sunt amestecate cu altele, probabil datorită funcțiilor sau interacțiunilor complementare (fixarea azotului prin noduli rădăcini, prezența ciupercilor simbiotice etc.).
Astfel, chiar și cunoașterea perfectă a fiecărei specii considerate izolat nu face posibilă prezicerea comportamentului comunității, ale cărei proprietăți nu se limitează la suma proprietăților individuale ale speciilor care le compun. În consecință, declinul biodiversității capătă o dimensiune suplimentară. Nu mai este vorba doar de conservarea unei simple colecții de specii, ci de luarea în considerare, în strategiile de gestionare a biodiversității, a relațiilor dintre specii și a structurii comunităților.
Studiul biodiversității ne cere să înțelegem cum apar speciile, se asamblează, se întrețin sau, dimpotrivă, dispar în ecosistemele lor. Pentru a îndeplini această sarcină herculeană, teoria complexității ne oferă instrumente pentru a studia proprietățile globale ale unor astfel de sisteme, dincolo de contribuțiile individuale ale componentelor lor. Vom ilustra cu câteva exemple cum această teorie face posibilă explorarea anumitor proprietăți imprevizibile ale comunităților, cum ar fi stabilitatea acestora (adică absența extincției sau exploziei demografice a speciilor care le compun în urma unei perturbări).
Putem modela un obiect biologic sub forma unui sistem, adică a unui set de elemente legate într-un mod funcțional. Dinamica acestor elemente depinde în special de fluxurile (de materie, energie, informații etc.) pe care le schimbă. Din această perspectivă, o comunitate poate fi reprezentată ca o rețea (cunoscută sub numele de trofică) ale cărei specii sunt conectate prin legături prădător-pradă. Dinamica fiecărei specii depinde de materia (sau energia) pe care o consumă (prada sa) și de ceea ce pierde (când mor membrii săi). Atunci când pierderile compensează câștigurile, forța de muncă nu se schimbă și populația este în echilibru.
Modele aleatorii
Să facem mai întâi presupunerea că speciile sunt conectate aleatoriu (vom reveni la această presupunere). Complexitatea unei astfel de comunități este apoi caracterizată prin doi parametri: numărul de elemente (specii) care o compun și conectivitatea medie a acestora, adică numărul mediu de legături care duc la un element. Datorită modelelor bazate pe grafice aleatorii (grafice ale căror puncte sunt conectate la întâmplare), matematicienii s-au întrebat dacă există o legătură între complexitatea astfel definită și stabilitatea unor astfel de rețele în caz de perturbare.
În 1972, Robert May, de la Universitatea din Oxford, Marea Britanie, a stabilit că într-un sistem conectat aleatoriu, pe măsură ce crește complexitatea (adică numărul de indivizi sau conectivitatea medie crește), sistemul trece brusc de la o stare stabilă la o instabilă stare: cu alte cuvinte, cu cât este mai complex un sistem, cu atât este mai probabil să fie instabil. Acest rezultat face posibilă definirea unui domeniu de stabilitate în conformitate cu acești doi parametri: atunci când unul sau altul este slab (sau ambii), comunitatea este stabilă (vezi figura 2). Dimpotrivă, când unul sau altul devine înalt, comunitatea este „fragilă” și mai sensibilă la tulburări.
Acest rezultat teoretic oferă un criteriu pentru detectarea comunităților în care riscul de dispariție sau explozie a populației este ridicat. Cu toate acestea, a fost controversat, deoarece a contracarat ideea obișnuită că complexitatea oferă redundanță între specii și astfel diminuează efectul tulburărilor. De asemenea, contrastează cu observarea sistemelor relativ simple și sărace în specii, cum ar fi câmpurile cultivate, care, atunci când sunt atacate de dăunători sau microorganisme, eșuează mai des decât sistemele complexe, cum ar fi pădurile tropicale. Vom vedea că studii suplimentare privind complexitatea elimină această contradicție aparentă.