A modelagem de processos permite compreender as funções dos componentes que interagem, ajuda a identificar partes dos processos e pode prever os resultados das mudanças no sistema. Infelizmente, o que antes era uma área importante da modelagem financeira está agora em grande parte desacreditado, para grande prejuízo de todos nós; outras áreas, como a de seguros, estão se tornando tão limitadas por regras e regulamentações que se tornaram inúteis. A modelagem biológica, em contrapartida, está avançando rapidamente, seja em relação a eventos subcelulares, desenvolvimento de organismos inteiros ou epidemiologia de doenças. Esta semana, O professor Xueron Mao organizou uma reunião (postagem anterior no blog). na University of Strathclyde em Glasgow, Escócia, sobre “Stochastic Modeling in Ecosystems” (link para o programa da reunião).
Na semana que marcou o 20º aniversário da Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento de 1992 (“Cúpula do Rio”), perguntei-me sobre o impacto da modelagem de ecossistemas nas principais políticas discutidas na Cúpula Rio + 20 em junho de 2012. Se eu tivesse perdido um toda a área da literatura nos últimos 10 anos? Semanalmente, a mídia noticiosa nos fala sobre os resultados dos últimos modelos de mudança climática, enquanto eu leio jornais todos os meses sobre modelos de colheita e fotossíntese, para não dizer trabalhos impressionantes em muitas espécies de plantas individuais, incluindo edições especiais e documentos coletados de Annals of Botany. Como muitas organizações e reuniões relacionadas à ONU, a conferência de Desenvolvimento Sustentável tem uma grande quantidade de 'literatura cinzenta' - relatórios encomendados e pesquisas com forte conteúdo científico (embora muitas vezes não sejam completos ou definitivos e, portanto, não sejam adequados para publicação em revistas especializadas). ). No entanto, um busca no site da ONU não mostra nenhuma tentativa de modelagem de ecossistema (ou, de fato, 'modelagem'): as 14 discussões do tópico de modelagem são todas sobre economia e finanças. A pesquisa do Google Acadêmico mostra poucos artigos importantes na última década com palavras-chave de modelagem/modelagem e ecossistemas.
Talvez o desafio de modelar um ecossistema inteiro seja muito complexo: um modelo precisa definir entradas, saídas e fluxos através de um sistema. O ecossistema envolve ciclos e redes com centenas de espécies e milhões de interações, desde o nível subcelular até o nível macroscópico. Na minha apresentação de abertura do encontro, concluí que as saídas podem ser classificadas em três áreas. Primeiro, energia química, em grande parte na forma de carbono fixado, que é utilizado como alimento, ração animal, fibras e combustível fora do ecossistema direto. Segundo, uma pequena, porém importante, fração do fluxo é removida do sistema, particularmente para os estoques de carbono de longo prazo em calcário e combustíveis fósseis. O último grupo de saídas pode ser considerado como "serviços ecossistêmicos", incluindo água purificada (ou mesmo poluída) que é alterada em relação ao seu estado inicial, tanto em pureza quanto em vazão, ou oxigênio reduzido a partir do dióxido de carbono. Os slides da minha apresentação estão disponíveis em [link para os slides]. Slideshare.com no caminho, e talvez eu faça um comentário abreviado para o YouTube em algum momento.
Heslop-Harrison Modelagem Estocástica em Ecossistemas - Palestra Introdutória
Na reunião, fomos brindados com uma série de palestras que vão desde modelos de ciclos de carbono, passando por dinâmica populacional e da vegetação, até modelos de epidemiologia de doenças. É sempre emocionante quando diferentes comunidades de pesquisa se reúnem, por isso foi muito valioso ouvir e conversar com os matemáticos do encontro, mesmo que haja algumas diferenças em nossos idiomas!
É sempre desagradável escolher palestras específicas de um programa completo, e o lista completa é dada aqui. Como este blog é relacionado a plantas, vou observar as impressionantes palestras de Mathew Williams (Universidade de Edimburgo) discutindo como gigatoneladas de carbono se movem pelos ciclos terrestres (e atmosféricos) do carbono usando medições globais em um experimento chamado FLUXNET, que, junto com medições baseadas no espaço poderia examinar mudanças de biomassa florestal em larga escala em escalas de tempo de apenas três anos. Meu colaborador Jongrae Kim (Universidade de Glasgow http://www.robustlab.org/) deu a próxima palestra, discutindo algumas abordagens formais para modularização de redes complexas em sua palestra sobre análise de robustez de estruturas comunitárias, de grande relevância para tornar redes muito grandes passíveis de análise. Francesco Accantino apresentou um modelo de abundância e mudanças de três Acácia espécies em savanas úmidas adicionando estocasticidade a um modelo de matriz, que se ligava perfeitamente a Pierre Couteron (IRD, Montpellier) trabalhando em outros locais na África subsaariana. Pierre modelou os padrões de distribuição da vegetação irregular, mostrando os efeitos da chuva e da inclinação em ambos os sistemas estáveis e as mudanças nos últimos 50 anos. O sensoriamento remoto está fornecendo muito mais dados do que os ecologistas já tiveram e, curiosamente, Pierre pode usar o Google Earth disponível gratuitamente para muitas de suas análises. Depois de palestras valiosas relacionadas a aspectos da epidemiologia em vários sistemas, o artigo de encerramento de Carlo de Michele (Politecnico di Milano, Itália) desenvolveu palestras anteriores sobre a água como principal determinante do tipo de vegetação – o tópico da ecohidrologia como o estudo da hidrologia que sustenta a ecologia. Como várias outras palestras, a modelagem da água poderia dar um sistema biestável com duas soluções de solo descoberto (baixa precipitação) ou de cobertura vegetal do solo (alta precipitação), levando em consideração os efeitos da estocasicidade da chuva na água do solo ligada aos sistemas de vegetação. A surpresa foi que os resultados não apenas descreveram o comportamento do deserto em comparação com os ecossistemas florestais tópicos, mas também as mudanças anuais nas savanas com períodos secos e nus seguidos por estações úmidas cobertas de vegetação.
A “modelagem estocástica em ecossistemas” tem um longo caminho a percorrer antes de se tornar “modelagem estocástica de ecossistemas”. Genética, métodos de medição e parametrização de propriedades vêm dos biólogos que estão começando a atender a comunidade de modelagem com sua maior compreensão de robustez, oscilação e redução de rede, bem como abordagens computacionais. Estou ansioso para que as decisões da Rio+30 sejam sustentadas por recomendações baseadas em modelos rigorosos e robustos que mostrem como podemos explorar os ecossistemas sem destruir a Terra.
