Plimbare matematică în pădure
Arnaud Person, Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay - University Paris-Saclay
Gândește-te la drumețiile tale prin pădure, când ai putea să mergi în pădure până când virusul a fost în jur. Cu siguranță ați întâlnit diferite specii de copaci: stejari, carpeni, fagi, pini etc. Atâtea specii care împărtășesc același mediu.
Dacă te-ai gândit în mod natural să te distrezi, matematicianul din pădure își pune întrebări de altă natură. Pot măsura diversitatea prezentă în păduri? Pot construi un model matematic care prezice evoluția acestuia? Are șansa un rol în menținerea biodiversității ?
Este diversitatea explicată prin întâmplare sau prin complexitatea mediului ?
Aceste întrebări nu sunt noi. Există două teorii pentru a explica diversitatea din păduri. O primă teorie, numită „nișe”, își propune să explice distribuția speciilor în funcție de habitatul lor. De exemplu, dacă observați mai mulți stejari decât carpeni într-o pădure, această teorie sugerează că există un motiv: s-ar putea datora acidității solului, expunerii parcelei etc.
O a doua teorie, numită teoria „neutră”, explică distribuția speciilor din întâmplare: dacă aici sunt puțin mai mulți stejari decât carpeni, aceasta se datorează întâmplării - ar putea fi la fel de bine inversul. Aceste două teorii au fiecare argumente convingătoare în favoarea lor. De exemplu, întâlnim în principal conifere în munți înalți și nu este o coincidență: ei sunt singurii care pot trăi în astfel de condiții. Așa spune teoria nișei. Pe de altă parte, în câmpii, unde clima este mai tolerantă, multe specii împărtășesc același mediu. Au aproape aceleași cerințe, distribuția lor se datorează în principal întâmplării, iar teoria neutră are perfect sens.
Astăzi construim modele matematice care iau în considerare aceste două teorii - vă prezint una aici.
Măsurarea diversității pădurii pentru a o înțelege mai bine
Plimbarea este o modalitate plăcută de a realiza diversitatea prezentă în păduri. De asemenea, este util să îl puteți cuantifica. Pentru aceasta, vom alege să măsurăm diversitatea folosind indicele Simpson. Acest indice corespunde probabilității ca doi copaci aleși în mod uniform la întâmplare în pădure să nu fie din aceeași specie. Această probabilitate este un număr care dă un ordin de mărime al diversității speciilor într-un mediu dat.
Să luăm două cazuri extreme care ilustrează relevanța acestui index. În cazul unui minim de diversitate, adică o pădure cu o singură specie de copac, de exemplu în munți înalți sau în anumite plantații forestiere, probabilitatea ca doi indivizi luați la întâmplare să fie de specii diferite este atunci 0, deoarece sunt în mod necesar aceeași specie. În schimb, un maxim de diversitate ar corespunde unei păduri în care fiecare individ este dintr-o specie diferită. Și indicele nostru ar fi 1, deoarece ar exista 100% șanse să obțină doi indivizi de specii diferite.
Modelează evoluția unei păduri de-a lungul a câteva sute de ani
Încălzirea globală are un impact semnificativ asupra pădurilor, mai ales că este extrem de rapidă și speciile nu au timp să se adapteze. Speciile vor dispărea din anumite medii, în detrimentul altora mai adaptate noilor condiții climatice. Pentru un mediu dat, ce se va întâmpla cu biodiversitatea ?
Soarta pădurilor noastre este, prin urmare, o întrebare îngrijorătoare: diversitatea va fi sărăcită în anii următori? Dacă da, putem cuantifica această toamnă ?
Aceste întrebări sunt de interes pentru oamenii de știință, dar și a pădurarilor și a persoanelor care investesc în pădure și ar dori să știe dacă speciile plantate astăzi vor fi adaptate viitorului climat ...