تغيير النظام

التحولات النظامية هي تغيرات كبيرة ومفاجئة ومستمرة في بنية ووظيفة النظم البيئية ، والمناخ ، والأنظمة المالية ، أو غيرها من الأنظمة المعقدة . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} النظام هو سلوك مميز لنظام ما، يُحافظ عليه من خلال عمليات أو آليات تغذية راجعة متبادلة . وتُعتبر الأنظمة مستمرة بالنسبة للفترة الزمنية التي يحدث خلالها التحول. عادةً ما يحدث تغير الأنظمة، أو التحول، عندما يُؤدي تغير تدريجي في عملية داخلية ( تغذية راجعة ) أو اضطراب واحد (صدمات خارجية) إلى سلوك مختلف تمامًا للنظام. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} على الرغم من أن هذه التغيرات غير الخطية قد دُرست على نطاق واسع في مختلف التخصصات، بدءًا من الذرات وصولًا إلى ديناميات المناخ، ^{[ 9 ]} فقد اكتسبت التحولات النظامية أهمية في علم البيئة لأنها قد تؤثر بشكل كبير على تدفق خدمات النظام البيئي التي تعتمد عليها المجتمعات، ^{[ 4 ] [ 10 ]} مثل توفير الغذاء، والمياه النظيفة، وتنظيم المناخ. علاوة على ذلك، من المتوقع أن يزداد حدوث التحولات النظامية مع ازدياد تأثير الإنسان على كوكب الأرض  - عصر الأنثروبوسين ^{[ 11 ]}  - بما في ذلك الاتجاهات الحالية لتغير المناخ وفقدان التنوع البيولوجي الناتج عن النشاط البشري . ^{[ 12 ]} وعندما ترتبط التحولات النظامية بنقطة حرجة أو نقطة تشعب ، يُشار إليها أيضًا باسم التحولات الحرجة . ^{[ 3 ]}

لطالما أبدى الباحثون اهتمامًا بالأنظمة التي تُظهر تغيرًا غير خطي. فمنذ مطلع القرن العشرين، طوّر علماء الرياضيات مجموعة من المفاهيم والنظريات لدراسة هذه الظواهر، استنادًا إلى دراسة ديناميكيات الأنظمة غير الخطية. وقد أدى هذا البحث إلى ظهور مفاهيم مثل نظرية الكوارث ، وهي فرع من نظرية التشعب في الأنظمة الديناميكية.

في علم البيئة، لم يتبلور مفهوم الأنظمة ذات الأنظمة المتعددة، أو ما يُعرف بمجالات الجذب أو الحالات المستقرة البديلة ، إلا في أواخر الستينيات، استنادًا إلى أولى التأملات حول معنى الاستقرار في النظم البيئية التي قدمها ريتشارد ليونتين ^{[ 1 ]} وكروفورد "باز" ​​هولينغ ^{[ 2 ]} . أُجريت أولى الدراسات حول تحولات الأنظمة في النظم البيئية على مجموعة متنوعة منها، وشملت أعمالًا مهمة لنوي-مير (1975) في أنظمة الرعي ^{[ 13 ]} ؛ وماي (1977) في أنظمة الرعي، وأنظمة الحصاد ، والآفات الحشرية ، وأنظمة العائل والطفيلي [14]؛ وجونز ^{ووالترز ( 1976} ) في أنظمة مصايد الأسماك ^{[ 15 ]} ؛ ولودفيغ وآخرون (1978) في تفشي الحشرات ^{[ 16 ]} .

تعرضت هذه الجهود المبكرة لفهم تحولات الأنظمة البيئية لانتقادات بسبب صعوبة إثبات الاستقرار الثنائي، واعتمادها على نماذج المحاكاة، ونقص البيانات طويلة الأجل عالية الجودة. ^{[ 17 ]} مع ذلك، وبحلول تسعينيات القرن الماضي، جُمعت أدلة أكثر جوهرية على تحولات الأنظمة البيئية في غابات عشب البحر ، والشعاب المرجانية ، والأراضي الجافة ، والبحيرات الضحلة. أدى هذا العمل إلى إعادة تنشيط البحث في إعادة التنظيم البيئي والتوضيح المفاهيمي الذي أسفر عن الإطار المفاهيمي لتحولات الأنظمة البيئية في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

خارج نطاق علم البيئة، طُورت مفاهيم مماثلة للتغير غير الخطي في تخصصات أكاديمية أخرى. ومن الأمثلة على ذلك النزعة المؤسسية التاريخية في العلوم السياسية وعلم الاجتماع والاقتصاد ، حيث تُستخدم مفاهيم مثل التبعية المسارية والمنعطفات الحرجة لتفسير الظواهر التي يتحدد فيها ناتج النظام بتاريخه أو ظروفه الأولية، والتي تتعزز فيها مجالات جاذبيته من خلال التغذية الراجعة. وتستند مفاهيم مثل الأنظمة المؤسسية الدولية والتحولات الاجتماعية التقنية والعوائد المتزايدة إلى أساس معرفي مشابه لتحولات الأنظمة، وتستخدم نماذج رياضية مماثلة.

شهدت الأبحاث المتعلقة بتحولات الأنظمة نموًا هائلاً خلال العقود الماضية. فقد ارتفع عدد الأبحاث الأكاديمية المنشورة في قاعدة بيانات ISI Web of Knowledge من أقل من 5 أبحاث سنويًا قبل عام 1990 إلى أكثر من 300 بحث سنويًا بين عامي 2007 و2011. ومع ذلك، لا يزال تطبيق المفاهيم المتعلقة بتحولات الأنظمة محل جدل.

على الرغم من عدم وجود تعريف موحد، فإن الاختلافات الطفيفة بين التعريفات تكمن في معنى الاستقرار  - أي مقياس ماهية النظام  - ومعنى المفاجأة. يعتمد كلا المفهومين على تعريف النظام قيد الدراسة، وبالتالي فهما نسبيان. في النهاية، المسألة تتعلق بالمقياس. الانقراضات الجماعية هي تحولات في النظام على المقياس الزمني الجيولوجي ، بينما الأزمات المالية أو تفشي الآفات هي تحولات في النظام تتطلب ضبطًا مختلفًا تمامًا للمعايير.

لتطبيق هذا المفهوم على مشكلة معينة، لا بد من تحديد نطاق ديناميكياته نظريًا من خلال تحديد فئات تحليلية مثل النطاقات الزمنية والمكانية، ونطاق التغيرات، والعمليات الخارجية / الداخلية . فعلى سبيل المثال، بينما يرى علماء المحيطات أن النظام البيئي يجب أن يستمر لعقود على الأقل وأن يشمل تقلبات المناخ كعامل محرك، ^{[ 17 ]} فإن علماء الأحياء البحرية يقبلون أنظمة بيئية مدتها خمس سنوات فقط، ويمكن أن تنتج عن ديناميكيات السكان فقط . ^{[ 18 ]} ويُجمع في الجدول 1 مجموعة غير شاملة من التعريفات الحالية لتحولات النظام البيئي في الأدبيات العلمية الحديثة في علم البيئة والمجالات ذات الصلة.

الجدول 1. تعريفات التحولات النظامية والتعديلات المستخدمة لتطبيق المفهوم على أسئلة بحثية محددة من الأدبيات العلمية المنشورة بين عامي 2004 و 2009.

استُمدّ الأساس النظري لتحولات الأنظمة من رياضيات الأنظمة غير الخطية. باختصار، تصف تحولات الأنظمة ديناميكيات تتميز بإمكانية إحداث اضطراب طفيف لآثار كبيرة. في مثل هذه الحالات، يكون المفهوم الشائع للتناسب بين مدخلات ومخرجات النظام غير صحيح. في المقابل، يؤكد مفهوم تحول النظام أيضًا على مرونة الأنظمة، مشيرًا إلى أنه في بعض الحالات، قد يكون للتدخل الإداري أو البشري الكبير تأثير ضئيل على النظام. يصعب عكس تحولات الأنظمة، وفي بعض الحالات تكون غير قابلة للعكس. يحوّل مفهوم تحول النظام التركيز التحليلي من الخطية وإمكانية التنبؤ إلى إعادة التنظيم والمفاجأة. بالتالي، يوفر مفهوم تحول النظام إطارًا لاستكشاف ديناميكيات وتفسيرات سببية للتغير غير الخطي في الطبيعة والمجتمع.

تحدث التحولات في النظام إما بسبب ضعف العمليات الداخلية المثبتة  - التغذية الراجعة  - أو بسبب الصدمات الخارجية التي تتجاوز قدرة النظام على التثبيت.

يمكن أن تُظهر الأنظمة المعرضة لتحولات النظام ثلاثة أنواع مختلفة من التغيير: سلس، ومفاجئ، وغير متصل، ^{[ 6 ]} وذلك اعتمادًا على تكوين العمليات التي تُعرّف النظام، ولا سيما التفاعل بين العمليات السريعة والبطيئة فيه. يمكن وصف التغيير السلس بعلاقة شبه خطية بين العمليات السريعة والبطيئة؛ بينما يُظهر التغيير المفاجئ علاقة غير خطية بين المتغيرات السريعة والبطيئة، في حين يتميز التغيير غير المتصل باختلاف مسار المتغير السريع عند زيادة المتغير البطيء مقارنةً بانخفاضه. ^{[ 17 ]} بعبارة أخرى، تختلف النقطة التي ينقلب عندها النظام من نظام إلى آخر عن النقطة التي يعود عندها إلى حالته الأصلية. تُظهر الأنظمة التي تُظهر هذا النوع الأخير من التغيير ظاهرة التخلف . تتميز الأنظمة المتخلفة بخاصيتين مهمتين. أولًا، يتطلب عكس التغيير غير المتصل أن يعود النظام إلى ما قبل الظروف التي حدث عندها التغيير لأول مرة. ^{[ 5 ]} يحدث هذا لأن التغيير النظامي يُغير عمليات التغذية الراجعة التي تُبقي النظام في نظام معين. ^{[ 22 ]} ثانيًا، يعزز التخلف بشكل كبير دور التاريخ في النظام، ويوضح أن النظام لديه ذاكرة - بمعنى أن ديناميكياته تتشكل من خلال الأحداث الماضية.

تُعرف الظروف التي ينتقل عندها النظام من مجموعة عمليات إلى أخرى باسم العتبات. ففي علم البيئة، على سبيل المثال، تُعرَّف العتبة بأنها نقطة يحدث عندها تغير مفاجئ في جودة النظام البيئي أو خصائصه أو ظواهره؛ أو حيث تُحدث تغيرات طفيفة في أحد العوامل البيئية استجابات كبيرة في النظام البيئي. ^{[ 23 ]} ومع ذلك، فإن العتبات هي دالة لعدة عوامل متفاعلة، وبالتالي فهي تتغير زمانيًا ومكانيًا. ومن ثم، يمكن للنظام نفسه أن يُظهر تغيرًا سلسًا أو مفاجئًا أو متقطعًا اعتمادًا على تكوينات عوامله. لكن العتبات لا تظهر إلا في الحالات التي يكون فيها التغير المفاجئ والمتقطع ممكنًا.

عززت الأدلة التجريبية بشكل متزايد العمل القائم على النماذج فيما يتعلق بتحولات الأنظمة البيئية. وقد طُورت الدراسات المبكرة حول تحولات الأنظمة البيئية في علم البيئة باستخدام نماذج للافتراس والرعي ومصايد الأسماك وديناميكيات تفشي الآفات. ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، استُكمل تطوير النماذج بأدلة تجريبية على تحولات الأنظمة البيئية في النظم البيئية ، بما في ذلك غابات عشب البحر والشعاب المرجانية والأراضي الجافة والبحيرات .

جمع الباحثون أدلة على تحولات الأنظمة البيئية عبر مجموعة واسعة من النظم البيئية وعلى نطاقات متعددة. فعلى سبيل المثال، على المستوى المحلي، يُعدّ زحف النباتات الخشبية أحد أفضل الأمثلة الموثقة ، والذي يُعتقد أنه يتبع ديناميكية تغيير سلسة. ^{[ 7 ]} ويشير زحف النباتات الخشبية إلى تغيرات طفيفة في معدلات الرعي التي يمكن أن تُحوّل الأراضي الجافة من أنظمة بيئية تهيمن عليها الأعشاب إلى سافانا تهيمن عليها النباتات الخشبية. وقد وُثّق تأثير هذا الزحف على خدمات النظام البيئي المرتبطة بتربية الماشية في السافانا الرطبة في أفريقيا وأمريكا الجنوبية. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} وعلى المستوى الإقليمي، يُعتقد أن مناطق الغابات المطيرة في الأمازون وشرق آسيا مُعرّضة لخطر التحول نحو أنظمة السافانا نظرًا لضعف آلية إعادة تدوير الرطوبة الناجمة عن إزالة الغابات . ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} قد يؤثر التحول من الغابات إلى السافانا على توفير الغذاء والمياه العذبة وتنظيم المناخ ودعم التنوع البيولوجي. وعلى الصعيد العالمي، يُعزز انحسار الغطاء الجليدي القطبي المتسارع في فصل الصيف ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال تأثير التغذية الراجعة للبياض، مما قد يؤثر على مستويات مياه البحر وتنظيم المناخ في جميع أنحاء العالم.

خضعت النظم المائية لدراسات مكثفة في البحث عن تحولات الأنظمة البيئية. تعمل البحيرات كنظم بيئية مصغرة ( أنظمة شبه مغلقة ) تسمح إلى حد ما بإجراء التجارب وجمع البيانات. ^{[ 2 ] [ 33 ] [ 34 ]} التخثث هو تغير مفاجئ موثق جيدًا من المياه الصافية إلى المياه العكرة، مما يؤدي إلى ازدهار الطحالب السامة وانخفاض إنتاجية الأسماك في البحيرات والنظم البيئية الساحلية. ^{[ 33 ] [ 35 ] [ 36 ]} ينتج التخثث عن مدخلات المغذيات، وخاصة تلك القادمة من الأسمدة المستخدمة في الزراعة. وهو مثال على التغير غير المتصل مع التخلف. بمجرد أن تتحول البحيرة إلى نظام المياه العكرة، تحافظ آلية إعادة تدوير الفوسفور على النظام في حالة التخثث حتى لو انخفضت مدخلات المغذيات بشكل كبير.

من الأمثلة الأخرى التي دُرست على نطاق واسع في النظم المائية والبحرية انخفاض مستوى التغذية في الشبكات الغذائية . وعادةً ما ينطوي ذلك على التحول من النظم البيئية التي تهيمن عليها أعداد كبيرة من الأسماك المفترسة إلى نظام تهيمن عليه مجموعات غذائية أدنى، مثل الكائنات التي تتغذى على العوالق البحرية (مثل قناديل البحر). ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} غالبًا ما تؤثر الشبكات الغذائية المتأثرة على إنتاجية مصائد الأسماك، وتزيد من خطر التخثث ، ونقص الأكسجين ، وغزو الأنواع غير المحلية، وتؤثر على القيمة الترفيهية. يُعد نقص الأكسجين، أو ما يُسمى بمناطق الموت، تحولًا آخر في البيئات المائية والبحرية الساحلية. وينتج نقص الأكسجين، على غرار التخثث، عن مدخلات المغذيات ذات المنشأ البشري، وكذلك ذات المنشأ الطبيعي في شكل تيارات صاعدة . في ظل التركيزات العالية للمغذيات، تنخفض مستويات الأكسجين المذاب، مما يجعل الحياة مستحيلة بالنسبة لمعظم الكائنات المائية. ^{[ 42 ]} تشمل التأثيرات على خدمات النظام البيئي انهيار مصائد الأسماك وإنتاج الغازات السامة للبشر.

في النظم البيئية البحرية، تحدث تحولات بيئية مدروسة جيدًا في الشعاب المرجانية وغابات عشب البحر. تُعد الشعاب المرجانية هياكل ثلاثية الأبعاد تُشكل موطنًا للتنوع البيولوجي البحري. يمكن أن تتحول الشعاب المرجانية الصلبة إلى نظام بيئي تهيمن عليه الطحالب اللحمية؛ ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} ولكن سُجل أيضًا تحولها نحو أنظمة بيئية تهيمن عليها المرجان الرخو، أو المرجانيات، أو قنافذ البحر، أو الإسفنج. ^{[ 18 ] [ 48 ] وقد أشارت} التقارير إلى أن تحولات الشعاب المرجانية تؤثر على خدمات النظام البيئي مثل تثبيت الكالسيوم، وتنقية المياه، ودعم التنوع البيولوجي، وإنتاجية مصايد الأسماك، وحماية السواحل، والخدمات الترفيهية. ^{[ 49 ] [ 50 ]} من ناحية أخرى، تُعد غابات عشب البحر أنظمة بيئية بحرية عالية الإنتاجية توجد في المناطق المعتدلة من المحيط. تتميز غابات عشب البحر بهيمنة الطحالب البنية الكبيرة، وتضم مستويات عالية من التنوع البيولوجي، مما يوفر خدمات بيئية أساسية لكل من صناعة مستحضرات التجميل ومصائد الأسماك. وتتراجع هذه الخدمات بشكل كبير عندما تتحول غابة عشب البحر إلى بيئة خالية من قنافذ البحر، مدفوعة بشكل رئيسي بتصريف المغذيات من الساحل والصيد الجائر. ويُشكل الصيد الجائر والاستغلال المفرط للحيوانات المفترسة الرئيسية، مثل ثعالب البحر ، ضغطًا من أعلى إلى أسفل على النظام البيئي. وينشأ الضغط من أسفل إلى أعلى نتيجة لتلوث المغذيات . ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}

يُعدّ تملح التربة مثالًا على تحوّل نظامي معروف في النظم الأرضية. وينتج هذا التحوّل عن إزالة الغطاء النباتي ذي الجذور العميقة والري، مما يؤدي إلى ارتفاع منسوب المياه الجوفية في التربة وزيادة ملوحة سطحها. وبمجرد حدوث هذا التحوّل، تنخفض خدمات النظام البيئي المرتبطة بإنتاج الغذاء  - سواء المحاصيل أو الماشية  - انخفاضًا ملحوظًا. ^{[ 57 ]} أما تدهور الأراضي الجافة ، المعروف أيضًا بالتصحر ، فهو نوع معروف ولكنه مثير للجدل من التحوّلات النظامية. ويحدث تدهور الأراضي الجافة عندما يؤدي فقدان الغطاء النباتي إلى تحويل النظام البيئي من نظام نباتي إلى نظام تهيمن عليه التربة العارية. وبينما يُعتقد أن هذا التحوّل ناتج عن مزيج من الزراعة ورعي الماشية، وفقدان التقاليد شبه البدوية، وتوسيع البنية التحتية، وانخفاض المرونة الإدارية، وعوامل اقتصادية أخرى، إلا أنه مثير للجدل نظرًا لصعوبة تحديد ما إذا كان هناك بالفعل تحوّل نظامي وما هي العوامل التي أدت إليه. فعلى سبيل المثال، يُقترح أن الفقر عاملٌ مُسبّب لتدهور الأراضي الجافة، لكن الدراسات تُظهر باستمرار أدلة متناقضة. ^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]} تشمل خدمات النظام البيئي المتأثرة بتدهور الأراضي الجافة عادةً انخفاض إنتاجية الكتلة الحيوية، مما يقلل من خدمات التزويد والدعم للزراعة ودورة المياه.

لطالما كانت المناطق القطبية محورًا للبحوث التي تدرس آثار الاحتباس الحراري. وتشمل التحولات المناخية في هذه المناطق ذوبان الغطاء الجليدي في جرينلاند واحتمالية انهيار نظام الدوران الحراري الملحي . فبينما يُعزى ذوبان الغطاء الجليدي في جرينلاند إلى الاحتباس الحراري، مما يُهدد السواحل العالمية بارتفاع مستوى سطح البحر، فإن انهيار نظام الدوران الحراري الملحي ناتج عن زيادة المياه العذبة في شمال المحيط الأطلسي، الأمر الذي يُضعف بدوره نقل المياه بين المناطق الاستوائية والقطبية. ^{[ 62 ] [ 63 ]} ولكلا التحولين المناخيين آثار خطيرة على التنوع البيولوجي البحري، ودورة المياه، وأمن المساكن والبنية التحتية، وتنظيم المناخ، فضلًا عن خدمات النظام البيئي الأخرى.

باستخدام الأساليب الإحصائية المعروفة حاليًا، مثل متوسط ​​الانحرافات المعيارية ، وتحليل المكونات الرئيسية ، والشبكات العصبية الاصطناعية ^{[ 64 ] [ 20 ]} ، يمكن الكشف عما إذا كان قد حدث تحول في النظام. تتطلب هذه التحليلات سلاسل بيانات طويلة الأجل، وتجاوز العتبة قيد الدراسة ^{[ 20 ]} . لذا، ستعتمد الإجابة على جودة البيانات؛ فهي تعتمد على الأحداث، ولا تسمح إلا باستكشاف الاتجاهات السابقة.

جادل بعض الباحثين، استنادًا إلى التحليل الإحصائي للسلاسل الزمنية ، بأن بعض الظواهر لا تتوافق مع تحولات النظام. ^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]} ومع ذلك، فإن الرفض الإحصائي لفرضية وجود عدة نقاط جذب في النظام لا يعني بالضرورة صحة الفرضية الصفرية. ^{[ 6 ]} ولإثبات ذلك، يجب إثبات أن النظام له نقطة جذب واحدة فقط. بعبارة أخرى، إن الأدلة التي تشير إلى أن البيانات لا تُظهر أنظمة متعددة لا تستبعد إمكانية تحول النظام إلى نظام بديل في المستقبل. علاوة على ذلك، في عملية صنع القرار الإداري، قد يكون من الخطورة افتراض أن النظام له نظام واحد فقط، في حين أن الأنظمة البديلة المحتملة لها عواقب سلبية بالغة. ^{[ 6 ]}

من جهة أخرى، يُعدّ السؤال الأكثر أهمية من "هل حدث تحوّل في النظام؟" هو "هل النظام عرضة لتحوّلات النظام؟". تكمن أهمية هذا السؤال في أنه حتى لو أظهرت الأنظمة تغيرات سلسة في الماضي، فإن ديناميكياتها قد تصبح مفاجئة أو غير متصلة في المستقبل، وذلك تبعًا لتكوين معاييرها. وقد تمّ استكشاف هذا السؤال بشكل منفصل في مختلف التخصصات لأنظمة مختلفة، مما دفع بتطوير المناهج (مثل تحوّلات النظام الناجمة عن المناخ في المحيط ^{[ 66 ]} أو استقرار الشبكات الغذائية ^{[ 69 ] [ 70 ]} )، ولا يزال يُلهم أبحاثًا جديدة.

تُجرى أبحاث التحولات النظامية عبر أنظمة بيئية متعددة وعلى مستويات مختلفة. وتشمل مجالات البحث الجديدة الإنذار المبكر بالتحولات النظامية وأشكالاً جديدة من النمذجة.

إشارات الإنذار المبكر والتباطؤ الحرج

بُذلت جهودٌ كبيرة لتحديد إشارات الإنذار المبكر للانتقالات الحرجة. ^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]} تُظهر الأنظمة التي تقترب من نقطة تشعب سلوكًا مميزًا يُسمى التباطؤ الحرج، مما يؤدي إلى تعافٍ أبطأ بشكل متزايد من الاضطرابات. وهذا بدوره قد يؤدي إلى زيادة في الارتباط الذاتي (المكاني أو الزمني) والتباين، بينما تميل أطياف التباين إلى الترددات المنخفضة، ^{[ 74 ] [ 77 ] [ 78 ]} وقد يكون "اتجاه التباطؤ الحرج" في فضاء حالة النظام مؤشرًا على حالة النظام المستقبلية عندما تكون التغذية الراجعة السلبية المتأخرة، التي تؤدي إلى ديناميكيات تذبذبية أو معقدة أخرى، ضعيفة. ^{[ 71 ]} استكشف الباحثون إشارات الإنذار المبكر في البحيرات، وديناميات المناخ، وغابات الأمازون المطيرة ، ^{[ 81 ]} والغابات في جميع أنحاء العالم، ^{[ 72 ]} والشبكات الغذائية، والتحولات من الأراضي الجافة إلى الأراضي الجافة، ونوبات الصرع. ^{[ 74 ]}

لا يزال من غير الواضح مدى فعالية هذه الإشارات في جميع التحولات النظامية، وما إذا كانت الإنذارات المبكرة تتيح وقتًا كافيًا لاتخاذ التصحيحات الإدارية المناسبة لتجنب هذا التحول. ^{[ 82 ] [ 4 ]} إضافةً إلى ذلك، تعتمد إشارات الإنذار المبكر أيضًا على سلاسل بيانات مكثفة وعالية الجودة، وهي نادرة في علم البيئة. مع ذلك، استخدم الباحثون بيانات عالية الجودة للتنبؤ بالتحولات النظامية في النظام البيئي للبحيرات. ^{[ 83 ]} كما أصبحت التغيرات في الأنماط المكانية، كمؤشر على التحولات النظامية، موضوعًا للبحث. ^{[ 30 ] [ 84 ] [ 85 ]}