人类活动和气候变化使得地球环境恶化，预测不可逆转的临界点变得比以往任何时候都更为关键。美国亚利桑那州立大学的研究人员研究了率诱导翻转对自然环境的影响。率诱导翻转量化了系统变化的速率，以达到一个临界时间，即生态系统发生重大损害的关键时刻，比如重要物种的灭绝。

这项最新研究分析了率诱导翻转对相互依存以生存的生物的影响，比如在珊瑚礁中依赖光合细胞和依赖它们的珊瑚之间的关系。研究人员使用数学模型发现，为了避免环境灾难，系统需要将其变化速率尽量接近停滞，而不仅仅是减缓。该团队的研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上，题为《复杂高维生态网络中的率诱导翻转》。

研究人员采用了一种新的方法来研究系统状态的速率的发展，找出系统何时会崩溃。他们发现，在该领域的先前研究主要集中在相空间中的某些点上，相空间依赖于系统状态的空间位置及其相关速率，而不是观察底层系统状态的全部可访问点。他们试图找出整个状态空间中率诱导翻转的概率，然后利用相应的数据构建一个数学理论，可以广泛应用于生态和生物领域的系统。

该研究在生态学上的一个例子是分析气候变化引起的环境退化对珊瑚及其藻类共生体的影响。由于海洋吸收了人为排放的更多碳而变暖，研究人员可以使用率诱导翻转研究来确定更热的水何时会对珊瑚造成不可逆转的损害。系统崩溃性损害的一个例子是热应激导致藻类与珊瑚宿主分离，使珊瑚处于脆弱状态，通常表现为珊瑚变白。由于珊瑚支持着各种珊瑚礁生物，珊瑚白化对生态系统产生了重大的影响。除了气候变化，该研究也可以应用于生物系统，比如估算细胞失去执行其基因确定功能的速率是多少。

研究人员希望利用在率诱导翻转研究中的发现，创建能够针对更具体应用点找出系统灾难的机器学习模型。例如，创建一个模型来预测大西洋经向翻转环流的潜在崩溃。