O caos é mais comum nas populações do que se pensava

De acordo com a pesquisa, os sistemas ecológicos são mais frequentemente caóticos do que se acreditava anteriormente.

É possível que as restrições metodológicas e de dados, em vez da estabilidade fundamental dos ecossistemas, sejam as culpadas pela noção de que o caos é incomum em populações naturais.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Cruz (UCSC) e da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) de Pesca conduziram novas pesquisas que sugerem que o caos em populações naturais pode ocorrer com muito mais frequência do que se pensava anteriormente.

Os ecologistas costumam debater se as variações populacionais em ecossistemas naturais são regulares (variando em torno de um equilíbrio supostamente “estável”), aleatórias (totalmente imprevisíveis) ou caóticas. Assim como o clima, os sistemas caóticos podem ser previstos a curto prazo, mas não a longo prazo, e são muito sensíveis a pequenas mudanças nas condições iniciais.

“Saber se essas flutuações são regulares, caóticas ou aleatórias tem grandes implicações em quão bem e em quanto tempo podemos prever o tamanho das populações e como elas responderão às intervenções de manejo”, disse Tanya Rogers, ecologista de pesca da NOAA e pesquisador do Instituto de Ciências Marinhas da UCSC.

A dinâmica populacional caótica e não caótica não pode ser diferenciada de forma confiável por inspeção visual de séries temporais. Nesta amostra aleatória de séries temporais caóticas e não caóticas de insetos, mamíferos e fitoplâncton (de cima para baixo), os painéis da esquerda são caóticos, os painéis da direita não são caóticos. Crédito: Rogers et al., Nature Ecol & Evol 2022

O novo estudo, que acaba de ser publicado na revista Natureza Ecologia e Evolução, é liderado por Rogers. Seus coautores são Stephan Munch, professor adjunto dos Departamentos de Matemática Aplicada e Ecologia e Biologia Evolutiva da UCSC, bem como ecologista da NOAA Fisheries, e Bethany Johnson, estudante de doutorado em matemática aplicada na UCSC.

Mais de 30% das populações examinadas em um banco de dados ecológico mostraram sinais de dinâmica caótica, de acordo com os pesquisadores. O caos foi considerado inexistente ou infrequente em populações de campo natural em meta-análises anteriores que analisaram sua ocorrência. No entanto, os autores especularam que, em vez de ser resultado de ecossistemas inerentemente estáveis, isso pode ter sido resultado de dados limitados e do uso de metodologia inadequada.

“Há muito mais dados agora, e quanto tempo uma série temporal você tem faz uma grande diferença para detectar dinâmicas caóticas”, disse Munch. “Também mostramos que as suposições metodológicas feitas em meta-análises anteriores eram tendenciosas contra a detecção do caos”.

Para o novo estudo, os pesquisadores usaram algoritmos de detecção de caos novos e atualizados e os submeteram a testes rigorosos em conjuntos de dados simulados. Em seguida, eles aplicaram os três melhores métodos a um conjunto de dados de 172 séries temporais populacionais do Global Population Dynamics Database.

Sua análise revelou associações interessantes entre dinâmica caótica, expectativa de vida e tamanho do corpo. O caos foi mais prevalente entre plâncton e insetos, menos prevalente entre aves e mamíferos e intermediário entre peixes.

“Muitas espécies de vida curta tendem a ter dinâmicas populacionais caóticas, e essas também são espécies que tendem a ter dinâmicas de expansão e queda”, disse Rogers.

Os resultados sugerem que pode haver limites intrínsecos à previsão ecológica e cautela contra o uso de abordagens baseadas no equilíbrio para conservação e manejo, particularmente para espécies de vida curta.

“Do ponto de vista da gestão da pesca, queremos prever as populações de peixes para que possamos estabelecer limites para as capturas de pescado”, explicou Rogers. “Se não reconhecermos a existência do caos, podemos estar perdendo possibilidades de previsão de curto prazo usando métodos apropriados para sistemas caóticos, ao mesmo tempo em que confiamos demais em nossa capacidade de fazer previsões de longo prazo.”

Referência: “O caos não é raro em ecossistemas naturais” por Tanya L. Rogers, Bethany J. Johnson e Stephan B. Munch, 27 de junho de 2022, Natureza Ecologia & Evolução.
DOI: 10.1038/s41559-022-01787-y

O estudo foi financiado pelo NOAA Office of Science and Technology, NOAA Sea Grant e pelo Lenfest Oceans Program.