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Em um novo estudo publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências, os autores Gabriel Gellner e Kevin McCann da Universidade de Guelph e o professor externo da SFI Alan Hastings (UC Davis) invertem uma abordagem clássica para modelar teias alimentares. Em vez de tentar replicar ecossistemas complexos e estáveis usando representações simplistas de interações de espécies, o novo método inverso dos autores assume que os ecossistemas existem e trabalha de trás para frente para caracterizar as teias alimentares que suportam essa suposição. Seu trabalho representa um passo significativo para abordar uma questão ecológica fundamental de como a biodiversidade promove a estabilidade do ecossistema. As descobertas oferecem insights sobre como a natureza pode responder aos crescentes distúrbios antropogênicos.
“Em vez de começar com o que é difícil de medir – como as espécies afetam umas às outras – começamos com quantos de cada espécie existem e descobrimos como eles interagem de forma a explicar sua coexistência”, diz Hastings.
Os ecossistemas da Terra exibem uma dinâmica surpreendentemente estável, mas as tentativas de entender essa estabilidade têm confundido os ecologistas por gerações. Lord Robert May, ex-presidente do SFI Science Board, baseou-se na teoria econômica para apresentar a matriz da comunidade, uma ferramenta matemática para descrever as relações das espécies em um ecossistema. A matriz usa interações entre espécies como base para explicar o papel da diversidade e da complexidade na estabilidade do ecossistema. A abordagem é útil porque considera todas as interações da rede alimentar; é insuficiente porque isso requer suposições excessivamente simplistas sobre como os organismos se relacionam uns com os outros. Muitos modelos baseados nesta técnica mostram que a estabilidade diminui à medida que a biodiversidade aumenta, o que contradiz os ecossistemas estáveis observáveis.
Mas entender como grandes ecossistemas complexos persistem é uma questão vital. Se não conseguirmos entender os mecanismos que estabilizam os ecossistemas, não podemos preservá-los diante do caos cada vez maior, como eventos climáticos severos, incêndios florestais violentos ou espécies invasoras desenfreadas.
A abordagem inversa é bem-sucedida devido à inclusão de restrições biológicas no modelo. Uma restrição de viabilidade determina que apenas as interações reais sejam representadas no modelo. Além disso, uma restrição energética estipula que uma refeição não pode render mais energia do que a caça requer porque, em uma cadeia alimentar, apenas 10-20% da energia de um recurso é transferida para o consumidor.
“Vemos muitos ecossistemas diversos no mundo”, diz Hastings. “Mostramos que, se você colocar as informações biológicas adequadas no modelo, podemos simular ecossistemas grandes e diversos e entender por que eles são estáveis”.
Os autores destacam que a abordagem inversa oferece grandes vantagens teóricas sobre a abordagem clássica de May, introduzida há mais de 40 anos. “Enquanto a abordagem de Robert May operava com um universo estatístico…, a abordagem inversa tem a nova propriedade de nos permitir olhar apenas para a coleção de redes correspondentes a soluções viáveis realistas.”
A matriz comunitária de May catalisou a teoria ecológica por quase meio século. Assim como May se baseou na economia para repensar as relações diversidade-estabilidade, Hastings e seus coautores se inspiraram nos esforços recentes da genômica. Os autores acreditam que sua abordagem inversa é, da mesma forma, “rica em potencial para avanços teóricos”.
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