Les défis de la complexité écologique à l'horizon 2050. Avec l'augmentation des températures mondiales, la croissance démographique et la pression qui en résulte sur les ressources et les habitats, la biodiversité sera confrontée à des menaces majeures. L'un des rôles cruciaux de la science est de développer des prédictions fiables des tendances futures. Ici, quatre exemples sont choisis (à gauche) ainsi que des prévisions actuelles (colonne centrale, 2050 États estimés indiqués par un cercle rouge) et des exemples d'approches de systèmes complexes utilisées (à droite). (a) Les centres urbains (image de Central Park, New York, par Ajay Suresh, Creative Commons) se développent rapidement à mesure que des migrations massives se produisent vers les villes. La croissance de la population humaine (au centre) ralentit lentement, mais deux milliards d'humains supplémentaires s'ajouteront aux chiffres actuels, atteignant 9,7 milliards d'ici 2050. La tendance actuelle est une conséquence des non-linéarités associées à la dynamique hyperbolique, qui prédit une singularité à un niveau donné. temps fini tc (à droite). (b) Les forêts tropicales (image de gauche par Gleilson Miranda, Creative Commons) connaissent une perte et une fragmentation rapides de leurs habitats, avec des points critiques prévus (graphique central, barre grise, voir [2]) devant être atteints dans quelques décennies. Ces points critiques correspondent à des seuils de percolation (panneau de droite). (c) Les terres arides (image reproduite avec l'aimable autorisation de David Huber) sont en expansion et passeront de 40 % actuellement à plus de 50 % en seulement trois décennies. Les modèles de zones arides impliquant la couverture végétale comme variable clé prédisent des transitions nettes entre des états alternatifs, reliés par trois changements différents [3]. Ici, deux d'entre eux sont indiqués. (d) Les écosystèmes marins, et les récifs coralliens (image de gauche par Toby Hudson, Creative Commmons) en particulier, sont affectés par le réchauffement des températures océaniques, l'eutrophisation, les agents pathogènes et la surpêche. La couverture des récifs se rétrécit rapidement et pourrait connaître des dégradations massives au cours des prochaines décennies. Ici, les séries chronologiques précédentes et prévues de la couverture des récifs coralliens à Hawaï sont présentées (au centre, données de https://19january2017snapshot.epa.gov/cira/climate-action-benefits-coral-reefs_.html). Plusieurs états alternatifs ont été identifiés (à droite) avec différentes sources de stress provoquant des sauts d'un état à un autre. Crédit :Transactions philosophiques de la Royal Society B :Sciences biologiques (2022). DOI :10.1098/rstb.2021.0376
En 1972, le rapport Limits to Growth montrait que le statu quo sur une planète aux ressources limitées et à la croissance rapide de la population humaine ne pouvait que déboucher sur une croissance et un effondrement insoutenables. Le rapport s'inspire de la science des systèmes, un précurseur de la science de la complexité d'aujourd'hui.
Il est maintenant temps de mettre à jour ce travail en utilisant les outils développés au cours du dernier demi-siècle, comme l'écrivent le professeur externe SFI Ricard Solé (Universitat Pompeu Fabra) et le membre du Conseil scientifique Simon Levin (Université de Princeton) dans l'introduction d'un numéro spécial de Transactions philosophiques de la Royal Society B . Le numéro thématique explore le rôle que la science des systèmes complexes jouera dans notre compréhension des changements cruciaux auxquels la biosphère terrestre sera confrontée au cours des trois prochaines décennies.
Nous pouvons désormais développer des modèles beaucoup plus granulaires, incorporant des variations géographiques, avec des échelles allant des réseaux sol-microbiome aux interactions plantes-eau en passant par les systèmes couplés homme-environnement. Et le développement de la science des systèmes complexes nous permet de mieux modéliser les points de basculement, une caractéristique clé du changement climatique et de l'effondrement environnemental, ainsi que les scénarios d'intervention potentiels. Les microbes du sol issus de la bio-ingénierie peuvent aider à prévenir la désertification
