زمانی که طبیعت‌گرایان در حال شمارش قورباغه‌های یک برکه کشاورزی یا گل‌های ارکیده در چمنزارهای کوهستانی هستند، همواره با یک قانون ساده مواجه می‌شوند: هر چه محدوده بررسی گسترده‌تر باشد، گونه‌های بیشتری یافت می‌شود. رابطه‌ای که به نظر ساده می‌رسد، اما برای نزدیک به یک قرن، بوم‌شناسان را با یک الگوی عجیب در داده‌های توزیع گونه‌ها سردرگم کرده است.
در همین رابطه درباره محیط زیست بیشتر بدانیم
الگوی S شکل: قانون سه‌مرحله‌ای در توزیع گونه‌ها
مراحل سه‌گانه در رابطه گونه–مساحت
هنگامی که از سطح محلی به مناظر منطقه‌ای نگاه می‌کنیم، تعداد گونه‌های جدید ابتدا به سرعت افزایش می‌یابد. سپس به مرحله‌ای می‌رسد که تقریباً ثابت می‌ماند و در نهایت، در مقیاس‌های قاره‌ای و جهانی دوباره به شدت اوج می‌گیرد. این منحنی عجیب که به صورت «S» شکل ظاهر می‌شود، همان رابطه سه‌مرحله‌ای گونه–مساحت (Three-phase Species–Area Relationship) است.
این رابطه در گونه‌هایی از سوسک‌ها تا پرندگان، از صخره‌های مرجانی تا درختچه‌های بیابانی مشاهده شده، اما تا به امروز، هیچ چارچوب ریاضی واحدی وجود نداشت که بتواند توضیح دهد چرا شیب منحنی در نقاط خاصی تغییر می‌کند.
پیش‌بینی الگوی توزیع گونه‌ها با کمک داده‌های عظیم
همکاری بین‌المللی برای حل یک معمای علمی
گروهی از پژوهشگران از پرتغال، آلمان، ایالات متحده و آفریقای جنوبی موفق شدند این شکاف نظری را پر کنند. این تیم با ترکیب هندسه پایه و پایگاه‌های عظیم داده‌ای در حوزه تنوع زیستی، نشان دادند که این سه فاز به‌طور اجتناب‌ناپذیر از نحوه گسترش جغرافیایی گونه‌ها بر روی سطح زمین ناشی می‌شوند.
تاثیر این مدل بر حفاظت از محیط زیست
مدل جدید نه تنها الگوهای کلاسیک را بازتولید می‌کند، بلکه معادلاتی را ارائه می‌دهد که پیش‌بینی می‌کنند در نقاط گذار میان این سه فاز، دقیقاً چه تعداد گونه باید وجود داشته باشد. این قابلیت برای برنامه‌ریزان محیط‌زیستی که باید نرخ انقراض‌ها را بر اساس از بین رفتن زیستگاه‌ها تخمین بزنند، بسیار ارزشمند است.
نقش اندازه محدوده در توزیع گونه‌ها
تاریخچه و تکامل نظریه SAR
اکولوژیست‌ها در اوایل قرن بیستم رابطه گونه–مساحت را به‌صورت ریاضی فرمول‌بندی کردند. در نمودار لگاریتمی، افزایش مساحت باعث افزایش تعداد گونه‌ها به شکل یک خط مستقیم می‌شود. اما وقتی دامنه مطالعه بزرگ‌تر شد، پژوهشگران دریافتند که این خط در واقع شامل سه بخش متفاوت است.
بخش اول: سطح محلی
از قطعه‌های کوچک تا چند صد کیلومتر مربع، هر بخش جدید از زمین، گونه‌های جدیدی را به دلیل زیستگاه‌های خرد متفاوت در خود جای می‌دهد.
بخش دوم: سطح منطقه‌ای
در مقیاس هزاران کیلومتر مربع، روند کشف گونه‌ها کندتر می‌شود. برای مثال، گونه‌های مشابه پرندگان، بیشتر جنگل‌ها را در یک منطقه زیست‌جغرافیایی اشغال می‌کنند.
بخش سوم: مقیاس جهانی
در این مرحله، تاریخ تکاملی وارد میدان می‌شود. با اضافه شدن قاره‌ها، شیب منحنی دوباره افزایش می‌یابد؛ زیرا گونه‌های کاملاً متفاوت وارد تصویر می‌شوند.
درک الگوی توزیع با بررسی محدوده جغرافیایی گونه‌ها
توضیح علمی براساس مدل تایل‌های روی هم
لوئیس بوردا-دِ-آگوا، نویسنده اصلی این تحقیق از مرکز CIBIO پرتغال، می‌گوید: «ما نشان دادیم که محدوده‌های جغرافیایی فردی گونه‌ها، الگوهای توزیع گونه‌ای را در سراسر جهان شکل می‌دهند.»
با در نظر گرفتن این محدوده‌ها به‌صورت کاشی‌های روی هم، مشخص شد که نقاط خمیدگی منحنی SAR، جایی ظاهر می‌شوند که اندازه محدوده میانگین گونه‌ها با اندازه نمونه‌برداری برابر می‌شود.
- در مقیاس کوچک، محدوده بیشتر گونه‌ها از قطعه بررسی شده بزرگ‌تر است، بنابراین هر هکتار جدید، گونه‌ای تازه را وارد می‌کند.
- در مقیاس میانی، محدوده‌ها و قطعه‌ها هم‌سطح می‌شوند و روند کشف گونه کندتر می‌شود.
- در مقیاس کلان، حتی گسترده‌ترین گونه‌ها نیز فقط یک قاره را اشغال می‌کنند؛ بنابراین دوباره روند افزایش گونه‌ها شتاب می‌گیرد.
آزمایش مدل با داده‌های جهانی
تحلیل داده‌های ۷۰۰ میلیون مشاهده زیستی
برای آزمایش نظریه، پژوهشگران به پایگاه اطلاعات جهانی تنوع زیستی (GBIF) مراجعه کردند که شامل مشاهدات علمی مردمی و داده‌های موزه‌ای است. آن‌ها حدود ۷۰۰ میلیون مشاهده با مختصات جغرافیایی از پرندگان، دوزیستان، پستانداران و گیاهان آوندی استخراج کردند.
در هر گروه زیستی، رابطه‌های تجربی SAR تولید و با پیش‌بینی‌های نظری مقایسه شدند. نتایج شگفت‌انگیز بود: نقاط گذار پیش‌بینی‌شده با منحنی‌های واقعی تطابق بالایی داشتند.
اهمیت این یافته برای بوم‌شناسی
به گفته بوردا-دِ-آگوا، این یک گام بزرگ در بوم‌شناسی است؛ چرا که الگوی کلان‌زیستی را به ویژگی ساده و قابل‌اندازه‌گیری «اندازه محدوده» پیوند می‌دهد، بدون اینکه نیازی به عوامل خارجی مرموز باشد.
ابعاد کاربردی در جهانی با منابع زیستی در حال کاهش
مدل جدید در خدمت ارزیابی‌های حفاظتی
مدل معرفی‌شده پیامدهای مهمی برای ارزیابی تنوع زیستی دارد. نهادهایی مانند IPBES از رابطه SAR برای پیش‌بینی انقراض‌ها بر اساس نابودی زیستگاه‌ها استفاده می‌کنند.
با دانستن اینکه یک چشم‌انداز در کدام بخش از منحنی سه‌مرحله‌ای قرار دارد، تحلیل‌گران می‌توانند شیب درست را به کار ببرند و از تخمین‌های بیش‌ازحد یا کمتر از واقع اجتناب کنند.
مثلاً اگر یک تکه جنگل بریده‌شده هنوز از محدوده میانگین گونه‌های بومی بزرگ‌تر باشد، احتمال انقراض پایین است. اما اگر از آستانه بحرانی عبور کند، نابودی چند هکتار می‌تواند کاهش شدید گونه‌ها را رقم بزند.
کمک به تصمیم‌گیری در نمونه‌برداری‌های میدانی
از آنجا که این نظریه مستقل از مقیاس است، می‌تواند مشخص کند که آیا نمونه‌برداری کافی بوده یا نه. اگر غنای گونه‌ای مشاهده‌شده هنوز به مرحله کندی نرسیده باشد، بررسی‌های بیشتر لازم است.
تحرک‌پذیری گونه‌ها در دنیای متغیر
دینامیک توزیع در اثر تغییرات اقلیمی و انسانی
نویسندگان مقاله اذعان دارند که محدوده‌های زیستی گونه‌ها ثابت نیست. تغییرات اقلیمی، گونه‌های مهاجم و تغییرات کاربری زمین همواره نقشه‌های توزیع را بازطراحی می‌کنند.
ادغام مدل‌های دینامیک در چارچوب سه‌مرحله‌ای در اولویت قرار دارد؛ به‌ویژه برای بررسی ارگانیسم‌های دریایی و میکروب‌ها که محدوده‌های آن‌ها به‌سختی قابل تعیین است.
جمع‌بندی: امید در دل بحران زیستی
کشف نظم پنهان در دل هرج‌ومرج زیستی
با آشکار شدن هندسه پنهان در یکی از اصول بنیادین بوم‌شناسی، دانشمندان دیدگاه دقیق‌تری نسبت به تأثیر انسان بر تنوع زیستی پیدا می‌کنند. همان‌طور که هنریک پریرا از مرکز تحقیقات iDiv آلمان می‌گوید: «پیشرفت‌هایی از این دست، الگوهای پنهانی را آشکار می‌کنند که میلیون‌ها سال در حال شکل دادن به حیات روی زمین بوده‌اند.»
این مطالعه در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
