توان ۰.۲۵: رابطه گونه-مساحت چگونه نرخ انقراض ناشی از تخریب زیستگاه را پیش‌بینی می‌کند

فرمول ریاضی حاکم بر تنوع زیستی جهانی در یک خط خلاصه می‌شود: S = cA^z. در این معادله، تعداد گونه‌ها (S) توسط مساحت زیستگاه (A) تعیین شده و با یک ثابت مقیاس‌پذیری (c) و یک توان (z) تعدیل می‌شود. برای زیستگاه‌های مجزا و جزیره‌مانند، این توان به‌طور قابل‌اعتمادی حول عدد ۰.۲۵ در نوسان است. این قانون مقیاس‌بندی یک‌چهارم، دیکته می‌کند که یک زیستگاه برای دو برابر کردن تعداد گونه‌های خود باید شانزده برابر گسترش یابد و در مقابل، یک چشم‌انداز می‌تواند ۵۰ درصد از مساحت فیزیکی خود را از دست بدهد در حالی که تنها حدود ۱۶ درصد از گونه‌های بومی خود را از دست می‌دهد. برای زیست‌شناسان حفاظت و سیاست‌گذارانی که میلیاردها دلار بودجه جهانی را تخصیص می‌دهند، توان ۰.۲۵ به‌عنوان معیار بنیادین برای پیش‌بینی تعداد گونه‌هایی که با پاک‌تراشی یک جنگل یا خشک کردن یک تالاب نابود می‌شوند، عمل کرده است.[1]

تاب‌آوری نهفته در این ریاضیات توضیح می‌دهد که چرا تخریب جزئی زیستگاه، بلافاصله به فروپاشی کامل اکولوژیکی منجر نمی‌شود. از آنجا که قلمرو گونه‌ها با یکدیگر هم‌پوشانی دارد، هکتارهای اولیه‌ای که از یک جنگل پاک‌تراشی می‌شوند، معمولاً به‌جای نابود کردن آخرین پناهگاه باقی‌مانده یک گیاه یا حیوان بومی، زیستگاه‌های مازاد را از بین می‌برند. اگر یک توسعه‌دهنده ۹۰ درصد از یک جنگل پیوسته را آسفالت کند، توان ۰.۲۵ پیش‌بینی می‌کند که ۱۰ درصد باقی‌مانده از زمین همچنان حدود ۵۶ درصد از گونه‌های اولیه را در خود جای خواهد داد. این رابطه غیرخطی به اکوسیستم‌ها اجازه می‌دهد تا آسیب‌های اولیه قابل‌توجهی را جذب کنند، اما در عین حال یک پرتگاه تند نیز ایجاد می‌کند: زمانی که زیستگاه از آن آستانه ۹۰ درصدی کوچک‌تر شود، تعداد گونه‌ها به‌سرعت به‌سوی صفر سقوط می‌کند.[1]

در ماه مه ۲۰۱۱، بوم‌شناسانی به نام‌های فانگلیانگ هی و استیون هابل مقاله‌ای در نشریه نیچر منتشر کردند که اجماع پیرامون این فرمول را در هم شکست. آن‌ها نشان دادند که اگرچه رابطه گونه-مساحت به‌دقت توصیف می‌کند که چگونه گونه‌ها با افزایش مساحت انباشته می‌شوند، اما اجرای معکوس این معادله برای محاسبه نرخ انقراض ناشی از تخریب زیستگاه، به‌طور سیستماتیک آسیب‌ها را بیش از حد برآورد می‌کند. این پژوهشگران از نظر ریاضی ثابت کردند که مساحت مورد نیاز برای یافتن اولین فرد از یک گونه، همیشه کوچک‌تر از مساحت مورد نیاز برای از بین بردن آخرین فرد آن است. با تکیه بر توان استاندارد ۰.۲۵ برای محاسبه تلفات فوری، مدل‌های حفاظتی نرخ انقراض را تا ۱۶۰ درصد بیشتر از آنچه در واقعیت رخ می‌داد، پیش‌بینی می‌کردند.[1]

برای اصلاح این برآوردِ بیش از حد، هی و هابل پیشنهاد کردند از رابطه بومیان-مساحت (EAR) استفاده شود؛ مدلی که تنها گونه‌هایی را اندازه‌گیری می‌کند که کاملاً محدود به همان قطعه زمینی هستند که در حال تخریب است. مدل EAR تلفات فوری و لحظه‌ای ناشی از یک بولدوزر یا آتش‌سوزی جنگلی را به‌دقت محاسبه می‌کند. با این حال، همان‌طور که پژوهش‌های بعدی در ژورنال بیوژئوگرافی و توسط انتشارات دانشگاه کمبریج در سال ۲۰۲۱ برجسته کردند، EAR نقطه کور جدی خود را به همراه دارد. در حالی که این مدل گونه‌هایی را که در لحظه سقوط درختان می‌میرند می‌شمارد، گونه‌هایی را که از پاک‌تراشی اولیه جان سالم به در می‌برند اما با قطعه زیستگاهی بسیار کوچکی رها می‌شوند که برای حفظ یک جمعیت زایای پایدار در دهه‌های بعدی کافی نیست، نادیده می‌گیرد.[1][2]

این فروپاشی اکولوژیکی تاخیری به‌عنوان «بدهی انقراض» شناخته می‌شود. همان‌طور که مرجع متن‌باز ویکی‌پدیا این مکانیزم را تعریف می‌کند: «بدهی انقراض به دلیل تاخیرهای زمانی میان اثرات واردشده بر یک گونه، مانند تخریب زیستگاه، و ناپدید شدن نهایی آن گونه رخ می‌دهد.» وقتی یک جنگل ۱۰ هزار هکتاری به یک قطعه هزار هکتاری کاهش می‌یابد، شکارچیان بزرگ و گیاهان تخصصیِ گرفتار در آن یک‌شبه ناپدید نمی‌شوند. آن‌ها ممکن است برای سال‌ها یا حتی قرن‌ها دوام بیاورند و عملاً به‌عنوان «مردگان متحرک» عمل کنند. مطالعات شبیه‌سازی فضایی نشان می‌دهند که اگرچه EAR تلفات کوتاه‌مدت را به‌دقت پیش‌بینی می‌کند، اما رابطه سنتی گونه-مساحت با توان ۰.۲۵ آن، در واقع معیار صحیحی برای محاسبه مجموع نهایی و بلندمدت انقراض است. مدل SAR کل وام مسکنِ ناشی از تخریب زیستگاه را اندازه می‌گیرد؛ در حالی که EAR تنها پیش‌پرداخت آن را محاسبه می‌کند.[2][4]

دقت توان ۰.۲۵ با رفتار انسانی پیچیده‌تر نیز می‌شود. فرمول استاندارد فرض می‌کند که زیستگاه به‌طور تصادفی تخریب می‌شود، مانند یک صفحه شطرنج که با ریختن تاس خانه‌هایش را از دست می‌دهد. اما همان‌طور که مطالعه‌ای منتشرشده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) با استفاده از پراکنش گیاهان آوندی بومی و داده‌های تراکم جمعیت سال ۱۹۹۰ در کالیفرنیا نشان داد، تغییر کاربری اراضی توسط انسان بسیار سیستماتیک است. توسعه‌دهندگان و عملیات کشاورزی ترجیحاً خاک‌های مسطح، کم‌ارتفاع و غنی از مواد مغذی را هدف قرار می‌دهند — دقیقاً همان محیط‌هایی که معمولاً میزبان بالاترین تراکم تنوع زیستی هستند.[3]

زمانی که تخریب زیستگاه به‌طور نامتناسبی مناطق غنی از گونه‌ها را هدف قرار می‌دهد، نرخ واقعی انقراض به‌سرعت از پیش‌بینی‌های منحنی استاندارد گونه-مساحت پیشی می‌گیرد. پژوهشگران PNAS دریافتند از آنجا که توسعه انسانی از نظر فضایی متمرکز است — یعنی به‌جای ظهور تصادفی، از شهرها و جاده‌های موجود به سمت بیرون گسترش می‌یابد — قطعات طبیعی باقی‌مانده بیشتر از هم دور می‌شوند. این انزوای فضایی، کریدورهای مهاجرتی را که گونه‌ها برای ترمیم جمعیت‌های رو به کاهش خود به آن‌ها متکی هستند قطع می‌کند و عملاً ظرفیت برد زمین‌های باقی‌مانده را کاهش می‌دهد، حتی اگر کل مساحت از نظر ریاضی کافی به نظر برسد.[3][4]

هندسه چشم‌انداز باقی‌مانده در نهایت تعیین می‌کند که آیا بدهی انقراض پرداخت می‌شود یا خیر. بر اساس مدل‌های فضایی اکوسیستم‌های تکه‌تکه‌شده، زمانی که زیستگاه پیوسته باقی‌مانده به زیر حدود ۲۰ درصد از کل چشم‌انداز اولیه می‌رسد و به‌شدت تکه‌تکه می‌شود، توان ۰.۲۵ در واقع شروع به دست‌کم گرفتن نرخ انقراض می‌کند. در زیر این آستانه ۲۰ درصدی، «اتصال موثر» اکوسیستم از هم می‌پاشد. گونه‌ها دیگر نمی‌توانند در سراسر ماتریس کشاورزی یا شهری که قطعات را از هم جدا می‌کند پراکنده شوند، و این امر باعث می‌شود جمعیت‌های محلی یکی پس از دیگری خاموش شوند، بدون آنکه با مهاجرانی از قطعات مجاور جایگزین گردند.[2][4]

برای نهادهای نظارتی و گروه‌های حفاظتی، این تمایزات ریاضی نحوه محافظت از اراضی را دیکته می‌کنند. اگر سیاست‌گذاران صرفاً بر رابطه بومیان-مساحت تکیه کنند، با این خطر مواجه می‌شوند که شدت تخریب زیستگاه را دست‌کم گرفته و پروژه‌های توسعه‌ای را تایید کنند که گونه‌ها را به مرگی کند و ثبت‌نشده محکوم می‌کنند. در مقابل، اگر آن‌ها توان ۰.۲۵ را بدون در نظر گرفتن اثر تکه‌تکه شدن اعمال کنند، ممکن است اولویت را به نجات جزایر منزوی زیستگاهی بدهند که از نظر ریاضی از پیش محکوم به نابودی هستند. استراتژی‌های حفاظتی مدرن اکنون بر کاهش مستقیم اثر تکه‌تکه شدن تمرکز دارند و بودجه‌ها را از صرفاً به حداکثر رساندن کل مساحت حفاظت‌شده، به سمت تملک کریدورهای خاص و باارزشی سوق می‌دهند که قطعات منزوی را در قالب اکوسیستم‌هایی متصل و پایدار یکپارچه می‌کنند.[5]