Vi hör regelbundet varningar om att klimatförändringar kan leda till "tipping points":oåterkalleliga situationer där savannen snabbt kan förändras till öken, eller så kan den varma golfströmmen helt enkelt sluta flöda. Dessa varningar hänvisar ofta till rumsliga mönster som tidiga varningssignaler om tipppunkter. Ett internationellt team av ekologer och matematiker har studerat dessa mönster och kommit till en överraskande slutsats. "Ja, vi måste göra allt vi kan för att stoppa klimatförändringarna, " sa författarna i full överensstämmelse med den senaste IPCC-rapporten. "Men jorden är mycket mer motståndskraftig än vad man tidigare trott. Konceptet med tipppunkter är för enkelt." Forskarna har nyligen publicerat sitt arbete i tidskriften Vetenskap .

Artikeln bygger på år av samarbete mellan en mängd olika forskningsinstitut i Nederländerna och utomlands, särskilt mellan Utrecht University och Leiden University. Forskarna närmade sig idén om en tipppunkt i ett rumsligt sammanhang. "Bildandet av rumsliga mönster i ekosystem, som den spontana bildningen av komplexa vegetationsmönster, förklaras ofta som en tidig varningssignal för en kritisk övergång, " förklarar huvudförfattaren Max Rietkerk, ekolog knuten till Utrecht University. "Men dessa mönster verkar faktiskt tillåta ekosystem att undvika sådana vändpunkter." Dessa fynd är baserade på matematiska analyser av rumsliga modeller och nya observationer från verkliga ekosystem.

Alan Turing

Spontant uppkommande mönster i naturen kallas ofta "turingmönster, " uppkallad efter den berömda brittiske matematikern Alan Turing. 1952, han beskrev hur mönster i naturen, som ränderna på djurens rockar, kan utvecklas från ett homogent utgångsläge. "Inom ekologisk vetenskap, Turing-mönstren förklaras ofta som tidiga varningssignaler, eftersom de indikerar störning ", klargör Leiden University matematiker och medförfattare Arjen Doelman. "Turings mekanism för mönsterbildning är fortfarande obestridd. Men det faktum att ett mönster bildas någonstans betyder inte nödvändigtvis att en jämvikt störs bortom en tipppunkt." Som ett exempel på en sådan situation, Rietkerk syftar på övergången från savann till öken. "Där kan du observera alla möjliga komplexa rumsliga former. Det är en rumslig omorganisation, men inte nödvändigtvis en vändpunkt. Tvärtom:dessa vändningsmönster är faktiskt ett tecken på motståndskraft."

Undvika vipppunkter

Forskarna upptäckte ett intressant nytt fenomen inom ekologi:multistabilitet. Det innebär att många olika rumsliga mönster kan uppstå samtidigt under samma omständigheter. Rietkerk säger att "vart och ett av dessa mönster kan förbli stabila under ett brett spektrum av förhållanden och klimatförändringar. Och dessutom fann vi att alla komplexa system som är tillräckligt stora för att generera rumsliga mönster också kan undvika tipppunkter." Frågan är nu:vilka system är känsliga för dricks, och vilka är inte det? "Det betyder att vi måste gå tillbaka till ritbordet för att förstå den exakta rollen av tipppunkter, " säger Rietkerk. "Först då kan vi avgöra vilka förhållanden och rumsliga mönster som resulterar i tipppunkter, och vilka som inte gör det."

Detta arbete bidrar till TiPES-projektet, ett EU Horizon 2020 tvärvetenskapligt klimatvetenskapligt projekt mellan 18 partnerinstitutioner i 10 europeiska länder om tipppunkter i jordsystemet.