Ny forudsigelsesmodel for vendepunkter giver indsigt i faldende bi -kolonier

En ny metode til at forudsige vendepunkter - det øjeblik, hvor pludselig ændring sker i komplekse netværkssystemer - kan tilbyde indsigt, der forhindrer kolonikollapsforstyrrelse (CCD), et fænomen, hvor størstedelen af ​​arbejderbierne i en koloni forsvinder, truer landbrugsøkonomien på globalt plan.

I 2015-2016, Amerikanske biavlere mistede 44 procent af deres honningbikolonier, ifølge en undersøgelse, der delvist er finansieret af det amerikanske landbrugsministerium.

Papiret, "Forudsiger vendepunkter i mutualistiske netværk gennem dimensionreduktion, "offentliggjort i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences som en udvidet forskningsartikel ( PNAS Plus ), blev udviklet af et team af forskere fra Arizona State University og universiteter i Kina, USA., og U.K.

Forskerne brugte som deres modelsystem empiriske bestøver-plante netværk (bestøvningsinteraktioner mellem bier og planter) fra en række kontinenter og klimazoner, og nåede frem til en todimensionel model, der præcist kan forudsige forekomsten af ​​vippepunkter i hvert netværkssystem. Et vendepunkt i et bestøver-plante netværk er, når alle bestøverbestandene (bier og planter) falder nul.

Netværkssystemer spænder fra økosystemer og jordens klima til økonomiske, sociale og infrastruktursystemer såsom elnettet. Tippunkter, eller "faseændringer, "opstår, når komponenterne i et system begynder at interagere på en anden måde, manifesterer sig som et pludseligt skift i systemadfærd.

Almindelige eksempler på vendepunkter omfatter, når opvarmning af vand når den temperatur, hvor det begynder at koge, eller når et stof smelter fra et fast stof til en væske.

"I et netværk for bestøver-anlæg, et vendepunkt er den kritiske værdi af en bestemt parameter, såsom antallet af fjernede bi -arter eller dødeligheden af ​​bi -arterne hvor bestanden af ​​alle bi- og plantearter brat falder til næsten nul -værdier, "forklarede papirets hovedforfatter Ying Cheng Lai, professor i elektricitet, computer- og energiteknik på ASU. "Det samtidige sammenbrud af alle bi- og plantebestande opstår, fordi de er indbyrdes forbundne og interagerer med hinanden på en meget ikke -lineær måde."

Når der først er forudsagt et vendepunkt, kontrolstrategier kan udvikles for at forsinke eller endda forhindre, at det forekommer. "For eksempel, vi kan fokusere på en bestemt biart og beskytte dens overflod ved at indføre flere bier for at fastholde bestanden på et stabilt niveau, "sagde Lai." Eller vi kan lave politikker for at fjerne brugen af ​​visse pesticider, der er skadelige for denne art af bier. "

For hvert ægte netværk, holdet beregnede to typiske modstandsdygtighedsfunktioner og sammenlignede dem med dem fra den tilsvarende reducerede 2D -model. "Vi fandt overordnet god enighed for alle 59 empiriske mutualistiske netværk, fører til den konklusion, at vores 2D -model nøjagtigt kan forudsige forekomsten af ​​et vendepunkt, selv i tilfælde af tilfældige forstyrrelser, "Sagde Lai.

Den reducerede model kan tjene som et paradigme til forståelse og forudsigelse af vendepunktsdynamik i den virkelige verden til beskyttelse af pollinatorer, og det generelle princip er i vid udstrækning gældende for at behandle spørgsmålene om modstandsdygtighed og bæredygtighed inden for andre discipliner inden for videnskab og teknik.

"Forekomsten af ​​et vendepunkt er alvorlig bekymring, da det kan føre til et pludseligt og totalt sammenbrud af systemet, "forklarede Lai." At forudsige vendepunktet og forstå de ansvarlige dynamiske processer er afgørende for at formulere effektive kontrolstrategier for at forsinke eller endda forhindre det i at forekomme. Dette vil være af væsentlig værdi for at beskytte og opretholde komplekse systemer, der er af afgørende betydning for det moderne samfund og menneskeliv. "