Белые медведи заставляют ученых развивать научные методы
Динамика природных процессов в Арктике влияет как на поведение белых медведей, так и на работу полярных учёных
Фото: Ярослав Никитин / GeoPhoto
Задачи сохранения белых медведей в условиях трансформации климата и растущего антропогенного давления заставляют ученых развивать научные методы и прибегать ко все более сложному исследовательскому инструментарию. Например, улучшать методологию прогнозирования возможной реакции видов, которые находятся под угрозой исчезновения, на изменение климата и антропогенные стрессоры – это имеет буквальным образом жизненно важное значение для выработки адекватных природоохранных действий.
Коллектив авторов из Научного центра Аляски, Геологической службы США и Лесной службы США предложили свой подход в статье «Инкрементальная (развивающаяся) эволюция моделирования прогноза для белых медведей в условиях быстро меняющейся Арктики», которая была опубликована в декабре 2023 года.
Глобальная популяция белого медведя (Ursus maritimus) будет продолжать сокращаться на протяжении всего 21-го века – и масштаб явления будет варьироваться в зависимости от уровня выбросов. На территории Аляски дополнительным фактором, влияющим на смертность медведей, является человеческий – охота или защита жизни и имущества. В других северных регионах действуют свои специфические антропогенные факторы, которые негативно влияют на численность популяций белых медведей.
Сохранение этих животных на протяжении десятилетий является важной международной природоохранной проблемой. Впервые они были внесены в Красный список Международного союза охраны природы как глобально уязвимые в далеком 1982 году, а последний пересмотр и возобновление этого статуса состоялось в 2015 году. Уязвимый – это значит, что на период до 100 лет прогнозируется сокращение популяции на 30% или более. Факторами ухудшения медвежьей «демографии» являются снижение площади заселения (в нашем случае это сказывается на снижении доступа к добыче тюленей), масштабы распространения вида и/или качество среды обитания.
Фото: Максим Деминов / GeoPhoto
Для предсказания будущей реакции белых медведей рассматриваются три сценария динамики выбросов парниковых газов. Первый – резкое сокращение с достижением нулевого уровня после 2050 года и стабилизацией температуры в конце века примерно на 1,8 градуса Цельсия выше доиндустриального уровня. Второй (промежуточный) сценарий, при котором выбросы начинают снижаться в середине века, но не достигают нулевого уровня, а температура повышается на 2,7 градуса Цельсия к концу века. Третий сценарий – «энергоемкий», когда выбросы примерно удваиваются к середине века, а температура увеличивается на 4,4 градуса Цельсия к концу века.
Проведены сравнения между результатами более ранней и современной моделей байесовской сети (БС) для морского льда и сделан анализ сходств и различий в трансформациях четырёх типов популяции вида (байесовская сеть – метод вероятностного моделирования, используется в том числе для поддержки принятия решений, названа по имени британского математика XVIII века Томаса Байеса). Учёные не пытались измерить и предсказать абсолютную численность белых медведей или демографические тенденции. Они сконцентрировались на установлении и оценке взаимосвязей между факторами внешней среды и прогнозировании состояния популяции.
Байесовские сети или модели – это вероятностный метод оценки событий при большом числе переменных. В данном случае, при моделировании статуса медвежьей популяции необходимо учитывать несколько десятков параметров (см. таблицу 1). Это и есть одно из приложений для применения искусственного интеллекта. Существенным преимуществом байесовских сетей является возможность учёта широких неопределенностей в их динамике. А динамика природных процессов в Арктике ускоряется, и факторы внешней среды для белых медведей всё усложняются, диапазон их параметров расширяется (основные факторы – температура воздуха и воды, площадь и движение ледовых полей). Такая динамика определяет задачу совершенствования прогностических методов. Белые медведи заставляют учёных развивать научные методы!
Фото: Вадим Штрик / GeoPhoto
Что же получается в итоге применения байесовских сетей для прикладных задач сохранения популяции белого медведя? Выделяются 2-3 базовых наиболее вероятных сценария, на чём можно основывать мероприятия по мониторингу и охране вида (с определением плотности исследований, необходимости научной и охранной (взаимно – и медведей, и людей) инфраструктуры, действия по поддержке естественной кормовой базы и сокращению антропогенной прикормки и др.). Оценивается статус и динамика экосистемы в целом и её зон на выживаемость и демографию вида – и вырабатываются методы их поддержки. Осуществляется обратная связь для местных сообществ, компаний и правительств разных уровней в отношении совместных действий (включая ограничения определённой деятельности), направленных на сохранение вида и его среды обитания. Высокая динамика внешних изменений ведёт к необходимости соответствующего развития прогнозирования и природоохранной деятельности.
Таблица 1 (выдержка). Сравнение трех поколений моделей байесовской сети для популяции белого медведя
|
Атрибут |
Этап I |
Этап II |
Этап III |
|
Источник |
Данное исследование |
||
|
Входные данные подмодели морской добычи и условий |
Доступность основной добычи |
Численность кольчатой нерпы |
То же, что и Этап II |
|
Доступность альтернативной добычи |
Обилие морского зайца |
||
|
Обилие вторичной и новой добычи |
|||
|
Входные данные подмодели наземной пищи/добычи и условий |
(не включено) |
Изобилие пищи, обеспечиваемой человеком |
То же, что и Этап II |
|
Доступ к наземным и морским кормовым продуктам |
|||
|
Качество наземного убежища |
|||
|
Входные данные подмодели смертности, управляемой событиями |
Смертельное взаимодействие человека и медведя (для медведя) |
Смертельное взаимодействие человека и медведя (для медведя) |
|
|
Смертность на охоте (легальная) |
Смертность на охоте (легальная) |
||
|
Разливы нефти, малые эксплуатационные |
Разливы нефти, небольшие |
||
|
Разливы нефти, крупные |
Разливы нефти, крупные |
||
|
Другие события (летальные эффекты) |
Другие события (летальные эффекты) |
||
|
Входные данные подмодели антропогенных стрессоров |
Взаимодействие медведя и человека |
Сублетальное взаимодействие человека и медведя |
То же, что и Этап II |
|
Нефтегазовая деятельность |
Нефтегазовая и горнодобывающая деятельность |
||
|
Судоходство |
Судоходство |
||
|
Туризм |
Туризм |
||
|
Углеводороды/разливы нефти |
Углеводороды/разливы нефти |
||
|
Другие загрязнения |
Другие загрязнения |
||
|
Входные данные подмодели других биотических стрессоров |
Паразиты и болезни |
То же, что и Этап I |
То же, что и Этап II |
|
Хищничество |
|||
|
Итоги популяции белого медведя |
Общий популяционный исход: |
Влияние на демографический (для медведей) тренд: |
Относительное влияние на динамику численности: |
|
- больше |
- повышенное |
- повышенное |
|
|
- то же самое, что и сейчас |
- то же, что и недавно |
- то же, что и исходный уровень |
|
|
- меньше |
- уменьшенное |
- уменьшенное |
|
|
- редкий |
- значительно снижается |
- значительно снижается |
|
|
- вымерший |
***
Андрей Иванов, специально для GoArctic
