Biológiai Google: egymásra kattintó fajok

A legnépszerűbb keresőprogram, a Google lelke egy a cég által szabadalmaztatott algoritmus, az úgynevezett PageRank. Amikor a felhasználó valamilyen információt keres az interneten, akkor ez az algoritmus is befolyásolja az eredményként megjelenő oldalak sorrendjét. Két amerikai kutató azt állítja most megjelent tanulmányában, hogy hasonló algoritmust fel lehetne használni annak meghatározására, mely fajok szerepe létfontosságú az ökoszisztéma fennmaradásához. Ezzel támpontot kaphatnának a szakemberek, hogy azokra a fajokra összpontosítsák a természetvédelmi erőfeszítéseket, amelyekből az egész a rendszer a legtöbb hasznot húzza.

A Google PageRank algoritmusa számokat rendel a hiperlinkekkel összekötött dokumentumokhoz azoknak a hiperlinkhálózatban betöltött szerepe alapján. A Google arra a feltételezésre épít, hogy a weboldalak készítői általában azokra az oldalakra linkelnek a saját lapjukról, amelyeket jónak tartanak, vagyis minden hiperlink felfogható egy-egy szavazatként a céloldalra. Minél több szavazatot kap egy oldal, annál fontosabb, de azt is figyelembe kell venni, hogy a szavazatot leadó oldal mennyire fontos. A PageRank a fontosság számszerűsítése.

Stefano Allesina, a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem Ökológiai Analízis és Szintézis Nemzeti Központjának munkatársa, valamint Mercedes Pascual, az Ann Arbor-i Michigani Egyetem ökológiai és evolúciós biológiai tanszékének kutatója a természetbe próbálja átültetni ezt a megközelítésmódot. Megállapították, hogy a PageRank algoritmust adaptálni lehet a táplálékhálózatok tanulmányozására. A táplálékhálózatok azok az összetett hálózatok, amelyek azt írják le, ki kit eszik meg az ökoszisztémában. Cikkük a PLoS Computational Biology szabadon hozzáférhető online folyóirat augusztusi számában jelent meg.

Allesina és Pascual szerint alapvetően azok a fajok a leglényegesebbek egy ökoszisztéma egészsége szempontjából, amelyektől a legtöbb más faj táplálékellátása függ. Más szóval egy faj akkor fontos, ha más fajok fennmaradása függ a saját fennmaradásától, elegendő nagyságú állományától. Ezek azok a fajok, amelyek legalábbis közvetve a legtöbb más fajjal vannak kapcsolatban (azaz "jó a page rank-jük"). A kutatók szerint éppen ezért ezeknek a fajoknak a megóvására kell helyezni a hangsúlyt, és nem az egyébként látványos, de az ökoszisztéma szempontjából kevésbé fontos élőlényekére.

Ez a megközelítés ellentétben áll mások ökoszisztémával kapcsolatos felfogásával, akik "csillagpontos" megközelítést alkalmaznak: itt a fajokat aszerint rangsorolják, hogy hány más faj kapcsolódik hozzájuk közvetlenül a táplálékhálózat révén. A mostani tanulmány szerzői szerint ez a módszer - amely a kapcsolatok számát hangsúlyozza - nem veszi figyelembe a faj helyzetét a táplálékhálóban, és azokat a továbbgyűrűző hatásokat, amelyeket az eltávolítása okozna.

Példa egyszerű szárazföldi táplálékhálózatra

A kutatók azt mondják, hogy egy faj kihalása egy másik kipusztulását okozhatja, ez pedig egy harmadikét és így tovább. Az ökoszisztémák "PageRank" módon való szemlélete azt a fajt tekinti a legfontosabbnak, amely először halna ki, mivel ez további kihalásokhoz vezetne lefelé a hálóban.

Nem könnyű egy olyan matematikai egyenlettel előrukkolni, amellyel meg lehet határozni egy ökoszisztéma legmagasabb rangú vagy legfontosabb faját. Allesina és Pascual tulajdonképpen visszafejtették az algoritmusukat, és ezt használták annak megállapítására, hogy melyik faj kipusztulása okozná a legnagyobb ökológiai kárt. "Azt tanulmányoztuk, hogy tudjuk a leghatékonyabb módon lerombolni a biodiverzitást, a biológiai sokféleséget annak érdekében, hogy megvizsgáljuk, mely fajok eltávolítása okozza a legtöbb kárt" - írják a szerzők.

A szerzők felhívják a figyelmet arra, hogy kölcsönös függőségük miatt egyetlen faj kipusztulása is egész kihalási hullámot indíthat be. A táplálékhálózatok azonban annyira összetettek, hogy a végtelenségig tartana az összes lehetséges kihalási forgatókönyvet végigvenni egy, a most kifejlesztetthez hasonló algoritmus nélkül.

A kutatók jelenlegi algoritmusa még nem alkalmas igazi ökoszisztémák fajfontossági sorrendjének kiszámítására. Allesina és Pascual egyelőre csak a ragadozók és a prédaállatok közötti kapcsolatokat vették figyelembe. Ezenkívül minden faj esetében hozzátettek egy útvonalat, amely a "törmelékkészletbe", azaz az elpusztult állatok és növények maradványainak összességéhez vezet (ily módon a modell szerint minden faj elpusztulhat, lebomolhat és táplálékává válhat a növényeknek és a táplálékháló más elsődleges termelőjének).

Egy másik számítógépes modellezéssel foglalkozó ökológus, Jennifer Dunne, az új-mexikói Santa Fe Intézetből újszerű és izgalmas megközelítésmódnak tartja Allesina és Pascual modelljét. Szerinte mindenképpen érdemes lenne az algoritmust tovább közelíteni a valós élethez olyan faktorok hozzáadásával, amilyen például az összeköttetéseken keresztüláramló energia relatív mennyisége. Minél több tényezőt sikerül figyelembe venni a számításban, annál pontosabban lehet majd meghatározni a fajok rangsorrendjét egy adott természetes ökoszisztémában, és annál jobban használhatják majd annak eldöntésére, mely fajokat kell a leginkább megóvni a kipusztulástól.