当极慢也过快——一个捕食者-猎物系统的崩溃
种群与进化
2019-08-16 v1
摘要
临界转变或体制转移是生态系统状态的突然且意外的变化，通常与环境变化的危险水平相关。然而，近期研究表明临界转变也可由危险的环境变化速率触发。与经典体制转移不同，此类速率诱导的临界转变不涉及任何明显的稳定性丧失或分岔，因而无法用线性稳定性分析解释。本工作中，我们证明著名的 Rosenzweig-MacArthur 捕食者-猎物模型可响应栖息地质量的持续下降而发生速率诱导的临界转变，导致捕食者与猎物种群的崩溃。颇令人惊讶的是，即使环境变化慢于模型中最低速的过程，崩溃仍会发生。为解释这一反直觉现象，我们结合几何奇异扰动理论与移动平衡点的概念，并研究依赖于初始状态与系统参数的环境变化临界速率。此外，对固定的环境变化速率，我们确定了经历速率诱导种群崩溃的初始状态集合。我们的结果表明，生态系统对环境条件变化速度的敏感性可能高于此前假设。特别是，具有剧烈生态后果的意外临界转变可由以下环境变化触发：(i) 未超过任何危险水平，且 (ii) 慢于生态系统的自然时间尺度。这提出了一个有趣的研究问题：自然界中观测到的体制转移究竟是主要由速率诱导还是分岔诱导。
引用
@article{arxiv.1908.05507,
title = {When very slow is too fast -- collapse of a predator-prey system},
author = {Anna Vanselow and Sebastian Wieczorek and Ulrike Feudel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.05507},
year = {2019}
}