Ekologisk komplexitetsutmaningar för 2050. Med stigande globala temperaturer, befolkningstillväxt och den resulterande pressen på resurser och livsmiljöer kommer den biologiska mångfalden att stå inför stora hot. En avgörande roll för vetenskapen är att utveckla tillförlitliga förutsägelser om framtida trender. Här väljs fyra exempel (vänster) tillsammans med aktuella prognoser (central kolumn, beräknade 2050 tillstånd indikerade med en röd cirkel) och exempel på de komplexa systemmetoder som används (höger). (a) Stadscentra (bild av Central Park, New York, av Ajay Suresh, Creative Commons) expanderar snabbt när massiva migrationer sker mot städer. Den mänskliga befolkningstillväxten (mitten) avtar långsamt, men två extra miljarder människor kommer att läggas till de nuvarande siffrorna, och når 9,7 miljarder år 2050. Den nuvarande trenden är en konsekvens av de olinjäriteter som är förknippade med hyperbolisk dynamik, som förutsäger en singularitet vid en given ändlig tid tc (höger). (b) Regnskogar (vänster bild av Gleilson Miranda, Creative Commons) upplever en snabb förlust och fragmentering av sina livsmiljöer, med förutspådda kritiska punkter (mittdiagram, grå stapel, se [2]) som kommer att nås inom några decennier. Dessa kritiska punkter motsvarar perkolationströskelvärden (höger panel). (c) Drylands (bild med tillstånd av David Huber) expanderar och kommer att växa från nuvarande 40 % till mer än 50 % på bara tre decennier. Modeller av torrmarker som involverar vegetationstäcke som en nyckelvariabel förutsäger skarpa övergångar mellan alternativa tillstånd, sammankopplade genom tre olika skift [3]. Här anges två av dem. (d) Särskilt marina ekosystem och korallrev (vänster bild av Toby Hudson, Creative Commons) påverkas av värmande havstemperaturer, övergödning, patogener och överfiske. Revtäcket krymper snabbt och kan uppleva massiva förfall under de kommande decennierna. Här visas den tidigare och förutspådda tidsserien av korallrevets täckning på Hawaii (mitten, data från https://19january2017snapshot.epa.gov/cira/climate-action-benefits-coral-reefs_.html). Flera alternativa tillstånd har identifierats (höger) med olika källor till stress som orsakar hopp från ett tillstånd till ett annat. Kredit:Philosophical Transactions of the Royal Society B:Biological Sciences (2022). DOI:10.1098/rstb.2021.0376
1972 visade rapporten Limits to Growth att business as usual på en planet med begränsade resurser och en snabbt växande mänsklig befolkning bara kan hamna i ohållbar tillväxt och kollaps. Rapporten var inspirerad av systemvetenskap, en föregångare till dagens komplexitetsvetenskap.
Nu är det dags att uppdatera det arbetet med hjälp av de verktyg som utvecklats under det senaste halvseklet, som SFI:s externprofessor Ricard Solé (Universitat Pompeu Fabra) och Science Board-ledamot Simon Levin (Princeton University) skriver i inledningen till ett specialnummer av Philosophical Transactions of the Royal Society B . Temanumret utforskar den roll som vetenskapen om komplexa system kommer att spela i vår förståelse av de avgörande förändringarna som jordens biosfär står inför under de kommande tre decennierna.
Vi kan nu utveckla mycket mer granulära modeller, som inkluderar geografisk variation, med skalor som sträcker sig från jord-mikrobiom-nätverk till växt-vatten-interaktioner till kopplade mänskliga-miljösystem. Och utvecklingen av vetenskapen om komplexa system gör det möjligt för oss att bättre modellera tipppunkter, en nyckelfunktion för klimatförändringar och miljökollaps, såväl som potentiella interventionsscenarier. + Utforska vidare
