הימור מסוכן

איזה תפקיד משחקת אקראיות בעיצוב מערכות אקולוגיות? בספרו, "מוצא המינים", כתב צ'ארלס דרווין: "בהביטנו בצמחים ובשיחים המעטרים גדת נהר סבוכה, אנו מתפתים לייחס את מספריהם היחסיים ואת סוגיהם למה שאנו מכנים 'מזל'. אבל מה שגויה השקפה זו!". דרווין, כמו חוקרי טבע אחרים בזמנו ומאז ימי היוונים הקדמונים, סבר שאוכלוסיות בעלי חיים וצמחים הן יציבות בגודלן, נמצאות בשיווי משקל זו עם זו ועם סביבתן, ונשלטות בידי חוקים דטרמיניסטיים. תפישה זו, המכונה "האיזון של הטבע", נתמכה בסברה שרוב האוכלוסיות לא מראות שינויים גדולים לאורך זמן, אף שכושר הריבוי הטבעי היה מאפשר להן להתרבות לממדי ענק תוך דורות ספורים, וברעיון שלכל מין ביולוגי יש "נישה אקולוגית" המתאימה לו ומגבילה את גודל אוכלוסייתו. דוגמה משעשעת היא סיפורו של גילברט ווייט (White; 1720־1793), מחלוצי חקר הטבע הבריטיים. ווייט גילה שכל שנה מקננים בכפרו בדיוק שמונה זוגות סיסים, כתוצאה ממחסור באתרי קינון מתאימים, ואילו מדענים ששבו לכפרו אחרי 250 שנה מצאו שם… 12 זוגות (שינוי שהוא כמובן זעיר בהינתן פרק הזמן הארוך והשינויים שעברו אזורי הכפר בבריטניה).

בשנות ה־50 של המאה ה־20 החלו מדענים לערער על תפישה זו. לטענתם, הסביבה שבה חיות אוכלוסיות טבעיות נתונה לשינויים מתמידים ובלתי צפויים – שריפות, מחלות ושיטפונות, אך גם תקופות פתאומיות של שפע משאבים ומיעוט אויבים. לפי טענה זו, הטבע משתנה כל הזמן ואוכלוסיות לא מתקרבות לשיווי משקל ולאיזון. הרעיונות האלה עוררו מאז פרסומם פולמוס ער, וניתוחים אמפיריים שניסו להעריך את מידת היציבות של אוכלוסיות הגיעו לתוצאות סותרות, כשכל מחקר וכל שיטה מראים תוצאות אחרות.

כאילו שלא די בכך, בשנת 2001 פרסם החוקר האמריקאי סטפן האבל (Hubbell) תיאוריה שהוסיפה שמן למדורה, "התיאוריה הניטרלית", הגורסת כי גדלי אוכלוסיות מקיימים הילוך אקראי. לפי התיאוריה, מערכת אקולוגית היא אוסף של פרטים מאוכלוסיות שונות. בכל יחידת זמן פרט מת באקראי, ובמקומו מגיע פרט חדש שהוא צאצא של פרט אקראי מתוך כל הפרטים במערכת, או מהגר מבחוץ בהסתברות מסוימת. כדאי לשים לב שבתיאוריה זו אין שיווי משקל, אין דרוויניזם, אין נישות ולמעשה אין כלום מלבד דינמיקה אקראית. למרבה הפלא, האבל הראה שהתיאוריה שלו מסוגלת להסביר את השכיחויות ואת כמות המינים הביולוגיים במערכות רבות ומגוונות, החל מעצים ועטלפים ביערות טרופיים, פלנקטון ואלמוגים בים, וכלה בציפורים מקננות, והיבטים נוספים של מערכות אקולוגיות. הצלחתה המפתיעה של התיאוריה עוררה סקרנות עצומה ופולמוס ער הנמשכים עד היום.

דינמיקה ניטרלית

אבל האם הדינמיקה שבבסיס התיאוריה הניטרלית היא ריאלית? האם אוכלוסיות מקיימות הילוך אקראי או שהן מאוזנות סביב שיווי משקל? מחקר ישראלי שהתפרסם לאחרונה בכתב העתThe American Naturalist ערך את המבחן האמפירי המקיף ביותר עד כה בתחום. המחקר נערך על ידי תלמידי המחקר מיכאל קלוז'ני ורחל שוקרון ופרופ' רונן קדמון מהאוניברסיטה העברית, תלמידת המחקר אפרת סרי ופרופ' נדב שנרב מאוניברסיטת בר אילן וד"ר Curtis Flather משירות הייעור האמריקני. המחקר נערך במימון הקרן הלאומית הישראלית למדע, משרד המדע והטכנולוגיה ובית הספר המתקדם ללימודי סביבה באוניברסיטה העברית.

במחקר נעשה שימוש בכלים המושאלים מפיזיקה סטטיסטית לניתוח אמפירי של כמה מבסיסי הנתונים הגדולים בעולם המתעדים גדלי אוכלוסיות לאורך זמן: מאז 1966, מדי שנה בעונת הקינון יוצאים מתנדבים לאלפי קטעים של כבישים משניים בכל רחבי צפון אמריקה, ומתעדים את גדלי אוכלוסיות הציפורים שהם רואים במסגרת סקר העופות המקננים של צפון אמריקה. כמו כן, החוקרים השתמשו בנתונים של חלקת ניטור ארוך טווח של עצים טרופיים מפנמה, ובסך הכל עמדו לרשותם נתונים של יותר מ־100 אלף אוכלוסיות של ציפורים ועצים.

החוקרים אפיינו את השינויים בגדלי אוכלוסיות משנה לשנה, וכמו כן במהלך שנתיים, שלוש וכך הלאה. באופן כללי בפרקי זמן הולכים וגדלים אוכלוסיות עוברות שינויים שהולכים וגדלים, ועל תופעה זו התבסס הניתוח. אם אוכלוסיות נמצאות קרוב לשיווי משקל, השינויים בהן צפויים לאזן זה את זה וגודל השינויים יגיע לרוויה ולא ימשיך לגדול עם הזמן בלי גבול ברור. לדוגמה, אוכלוסייה של 1,000 פרטים בשיווי משקל המראה שינויים בהיקף של עשרה פרטים במשך שנה ו־50 פרטים תוך 20 שנה, לא צפויה להראות שינויים בהיקף של 800 פרטים גם בפרקי זמן ארוכים מאוד.

החוקרים הופתעו לגלות שהתיאוריה של האבל היא יציבה מדי יחסית למה שנצפה במציאות. לאורך פרקי זמן קצרים השינויים היו גדולים משמעותית ממה שחוזה התיאוריה "הניטרלית", לאורך פרקי זמן ארוכים לא נראה רמז לרוויה בשינויים, ונראה שהאוכלוסיות אכן מקיימות דינמיקה שדומה להילוך אקראי עם צעדים גדולים מאוד. התוצאה הזו מצטרפת למחקרים קודמים השוללים את רעיון שיווי המשקל והאיזון והגורסים שלאקראיות יש תפקיד מרכזי בעיצוב מערכות אקולוגיות. לגישה זו יש דמיון לרעיונות שצוברים פופולריות בתחומים אחרים כגון כלכלה, כפי שהתבטאו, למשל, בספרו של נאסים טאלב (Taleb) "תעתועי האקראיות".

מלבד החשיבות העיונית יש למחקר השלכות על הערכת הסיכונים להכחדה של מינים נדירים. מצד אחד, מדובר בחדשות רעות – סביבתם הביוטית והא־ביוטית של מינים ביולוגיים רבים היא דינמית וקשה לחיזוי. מצד אחר – התוצאות והשיטות יכולות לשמש לפיתוח דורות חדשים של מודלים שיתנו הערכה ריאלית יותר בדבר סיכון הכחדתן של אוכלוסיות, ויאפשרו לקבל החלטות בצורה מושכלת יותר מהכלים הקיימים כיום בתחום.