Голодна смерть збільшила виживаність модельних хижаків

Вчені додали смерть від голодування після декількох послідовних невдач у полюванні в комп'ютерні моделі взаємодії біологічних видів і виявилося, що таке нововведення може призвести до збереження співіснування, навіть якщо без нього симульована екосистема занепадала, пишуть автори в журналі. Однак результати важко співвіднести з реальністю, оскільки використана модель спирається на специфічні припущення.

Багато природних процесів можна змоделювати на комп'ютері, знаючи характер взаємодії вихідних елементів та їх властивості. Зокрема, можна відтворити формування великомасштабної структури Всесвіту, в разі чого визначальна роль відведена гравітації. Незважаючи на незрівнянно велику складність біологічних об'єктів порівняно з хмарами газу, взаємодія в живій природі в багатьох випадках також піддається математичному опису.

Найбільш відомим прикладом є модель Лоткі - Вольтерри - проста система з двох диференційних рівнянь, яка здатна в першому наближенні відтворювати динаміку популяцій хижаків з жертвами, паразитів з господарями та інших взаємодій двох видів. Незважаючи на примітивність, подібний підхід у деяких випадках враховує основні чинні фактори і може видавати результати, що узгоджуються з реальними спостереженнями. Також подібні математичні методи дозволяють оцінити ефект від впровадження нового виду, будь то ненавмисна дія або контрольований вплив, покликаний досягти певної мети.

Існує ряд складніших моделей, що враховують більшу кількість видів, додаткові способи взаємодій і властивості симульованих елементів. Це дозволяє отримати безліч складних динамічних просторових розподілів, фазових переходів та інших явищ. У деяких режимах вдається домогтися співіснування видів протягом наскільки завгодно великого проміжку часу. В інших цього досягти не вдається, але введення нових умов, таких як збільшення смертності при дуже великій щільності населень, може надавати позитивний ефект на довготривалу виживаність.

У роботі португальських вчених під керівництвом Педро Авеліно (Pedro Avelino) з Університету Порту розглядалася модель взаємодії двох або трьох видів взаємних хижаків з новою додатковою умовою - після певної кількості невдалих спроб полювання тварина гинула. Відразу варто відзначити специфічність даної моделі, так як взаємне полювання декількох видів в природі в принципі рідко зустрічається - міжвидове хижацтво зазвичай пов'язане з боротьбою за доступність загальної жертви. Також у статті описується симетрична взаємодія, тобто моделювані тварини виявляються однаковими за своїми властивостями.

Модель складається з квадратного поля з періодичними граничними умовами, розділеного на комірки. Кожна комірка може бути вільною або зайнятою представником одного з видів. Модельною твариною доступні такі дії: пересування, полювання і розмноження - кожне з яких володіє певною ймовірністю. На кожному кроці роботи алгоритму випадково вибирається зайнята клітина, яка вважається активною, і випадкова сусідня з нею, яка буде пасивною. Тварина з активного осередку робить одну з дій, причому полювання на порожню клітку або представника свого виду вважається безуспішною, як і розмноження з зайнятою кліткою.

Нова ідея полягає в смерті тварини, якщо у неї певна кількість спроб полювання виявилася невдалою. Більш того, якщо воно розмножувалося, то потомство успадковує лічильник невдач. Таким чином, нащадки голодного батька помруть через меншу кількість кроків, ніж нащадки ситого, якщо самі будуть невдахи в полюванні. В результаті популяції формують складні просторові розподілу, густонаселені на кордонах зіткнення «ареалів» і з малою щільністю в глибині.

У конкретному випадку однієї популяції, оточеної у всіх сторін представниками супротивників, центральна гине, якщо не враховувати голодування. Однак нова умова призводить до стійкого існування обох популяцій. У разі трьох видів голодна смерть також позитивно позначилася на виживанні.

Раніше вчені пояснили повороти косяка риб за допомогою обліку гідродинамічних сил, підвищили точність моделей поширення епідемій розглядом соціально-економічних класів і використовували моделювання для розуміння передачі інфекції зараженими людьми.