Peneliti mengembangkan metode untuk memprediksi peristiwa yang belum pernah terjadi sebelumnya – Sains Terkini

Peristiwa angsa hitam adalah peristiwa yang sangat tidak mungkin tetapi sangat penting, seperti resesi global 2008 dan hilangnya sepertiga kijang saiga dunia dalam hitungan hari pada tahun 2015. Menantang sifat peristiwa angsa hitam yang pada dasarnya tidak dapat diprediksi, para ahli biologi di Universitas Stanford menyarankan metode untuk meramalkan fluktuasi yang tidak terduga ini.

"Dengan menganalisis data jangka panjang dari tiga ekosistem, kami dapat menunjukkan bahwa fluktuasi yang terjadi pada spesies biologis yang berbeda secara statistik sama di seluruh ekosistem yang berbeda," kata Samuel Bray, asisten peneliti di lab Bo Wang, asisten profesor bioteknologi di Stanford. "Itu menunjukkan ada proses universal tertentu yang mendasari yang dapat kita manfaatkan untuk memperkirakan jenis perilaku ekstrim ini."

Metode peramalan yang telah dikembangkan para peneliti, yang dirinci baru-baru ini di PLOS Computational Biology, didasarkan pada sistem alami dan dapat digunakan dalam perawatan kesehatan dan penelitian lingkungan. Ini juga memiliki aplikasi potensial dalam disiplin ilmu di luar ekologi yang memiliki peristiwa angsa hitam sendiri, seperti ekonomi dan politik.

"Pekerjaan ini menarik karena ini adalah kesempatan untuk mengambil pengetahuan dan alat komputasi yang kami buat di lab dan menggunakannya untuk lebih memahami – bahkan memprediksi atau meramalkan – apa yang terjadi di dunia sekitar kita," kata Wang. , yang merupakan penulis senior makalah ini. "Itu menghubungkan kita ke dunia yang lebih besar."


Dari mikroba hingga longsoran

Selama bertahun-tahun mempelajari komunitas mikroba, Bray memperhatikan beberapa contoh di mana satu spesies mengalami ledakan populasi yang tidak terduga, menyalip tetangganya. Saat mendiskusikan kejadian ini dengan Wang, mereka bertanya-tanya apakah fenomena ini juga terjadi di luar lab dan, jika demikian, apakah bisa diprediksi.

Untuk menjawab pertanyaan ini, para peneliti harus menemukan sistem biologis lain yang mengalami peristiwa angsa hitam. Para peneliti membutuhkan detail, tidak hanya tentang peristiwa angsa hitam itu sendiri tetapi juga konteks kemunculannya. Jadi, mereka secara khusus mencari ekosistem yang telah dipantau oleh para ilmuwan selama bertahun-tahun.

"Data ini harus diambil dalam jangka waktu yang lama dan itu sulit untuk dikumpulkan," kata Bray, penulis utama makalah tersebut. "Ini lebih dari sekadar informasi yang bernilai PhD. Tapi itulah satu-satunya cara Anda dapat melihat spektrum fluktuasi ini dalam skala besar."

Bray menetapkan tiga kumpulan data eklektik: studi delapan tahun tentang plankton dari Laut Baltik dengan tingkat spesies yang diukur dua kali seminggu; pengukuran karbon bersih dari hutan berdaun lebar gugur di Universitas Harvard, dikumpulkan setiap 30 menit sejak 1991; dan pengukuran teritip, ganggang, dan kerang di pantai Selandia Baru, dilakukan setiap bulan selama lebih dari 20 tahun.

Para peneliti kemudian menganalisis ketiga kumpulan data ini menggunakan teori tentang longsoran salju – fluktuasi fisik yang, seperti peristiwa angsa hitam, menunjukkan perilaku jangka pendek, tiba-tiba, dan ekstrem. Pada intinya, teori ini mencoba menjelaskan fisika sistem seperti longsoran salju, gempa bumi, bara api, atau bahkan bungkus permen yang remuk, yang semuanya merespons gaya eksternal dengan kejadian diskrit dari berbagai besaran atau ukuran – sebuah fenomena yang oleh para ilmuwan disebut sebagai "suara berderak. . "

Dibangun berdasarkan analisis, para peneliti mengembangkan metode untuk memprediksi peristiwa angsa hitam, yang dirancang agar fleksibel di seluruh spesies dan rentang waktu, dan mampu bekerja dengan data yang jauh lebih detail dan lebih kompleks daripada yang digunakan untuk mengembangkannya.


"Metode yang ada bergantung pada apa yang telah kita lihat untuk memprediksi apa yang mungkin terjadi di masa depan, dan itulah mengapa mereka cenderung melewatkan peristiwa angsa hitam," kata Wang. "Tapi metode Sam berbeda karena mengasumsikan kita hanya melihat sebagian dari dunia. Ini sedikit mengekstrapolasi tentang apa yang kita lewatkan, dan ternyata itu sangat membantu dalam hal prediksi."

Perkiraan di dunia nyata

Para peneliti menguji metode mereka menggunakan tiga kumpulan data ekosistem tempat metode itu dibangun. Dengan hanya menggunakan fragmen dari setiap kumpulan data – khususnya fragmen yang berisi fluktuasi terkecil dalam variabel minat – mereka dapat secara akurat memprediksi peristiwa ekstrem yang terjadi dalam sistem tersebut.

Mereka ingin memperluas penerapan metode mereka ke sistem lain di mana peristiwa angsa hitam juga hadir, seperti di bidang ekonomi, epidemiologi, politik, dan fisika. Saat ini, para peneliti berharap untuk berkolaborasi dengan ilmuwan lapangan dan ahli ekologi untuk menerapkan metode mereka pada situasi dunia nyata di mana mereka dapat membuat perbedaan positif dalam kehidupan orang lain dan planet ini.

Penelitian ini didanai oleh Volkswagen Foundation dan Arnold and Mabel Beckman Foundation. Wang juga merupakan anggota Stanford Bio-X dan Wu Tsai Neurosciences Institute.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.