Stenpapir-saksespil og sameksistens

I 1975, R.M. May og W.J. Leonard brugte først rock-paper-saksspillet til at modellere økologiske scenarier, hvor tre arter cyklisk dominerer hinanden:en art dominerer en anden art, den anden art dominerer en tredje art, og den tredje art dominerer den første art. Spillet fungerer godt, for eksempel, til modellering af forskellige stammer af cyklisk dominerende E coli bakterie.

Traditionelt set sten-papir-saks-modellen antager, at alle tre arter har samme styrke. Men hvad nu hvis en af ​​arterne er svagere end de to andre? Et sådant scenario kan forekomme i naturen, for eksempel, på grund af sæsonmæssige variationer, der reducerer en bestemt arts evne til at konkurrere med andre arter.

I et nyt papir, lektor Josinaldo Menezes, kandidatstuderende Tibério Pereira, og bachelorstuderende Bia Moura ved Forbundsuniversitetet i Rio Grande do Norte i Brasilien har behandlet dette spørgsmål ved at udføre mere end en million simuleringer af en stenpapir-saksemodel, hvor en art angriber mindre, end den angribes. Modellen hjælper med at forklare, hvordan sameksistens mellem forskellige arter opretholdes på trods af artens forskellige styrker.

"Resultaterne fortæller os, at grunden til, at arter kan eksistere side om side, selvom en af ​​dem er svagere, er den særlige udvalgskonfiguration af sten-papir-saks-modellen, "Fortalte Pereira Phys.org .

Modellen fungerer noget anderledes end den originale sten-papir-saks-model, når den implementeres som et specialtilfælde af May-Leonard-modellen. Enkeltpersoner, som placeres på et gitter, kan udføre tre mulige interaktioner, uanset hvilken af ​​de tre arter de tilhører. De tre interaktioner er udvælgelse, mobilitet, og reproduktion. Udvælgelse er som at dræbe, hvor et individ af en art kan udslette et naboindivid af den art, det dominerer. For mobilitet, et individ af en art kan skifte plads med et naboindivid af den art, det dominerer, eller flytte til et nærliggende tomt rum. Til reproduktion, et individ af en art kan befolke et tomt nærliggende rum med et andet individ af sin art.

I simuleringen, individer af hver art er tilfældigt fordelt på et gitter. En person er tilfældigt udvalgt, og derefter vælges et af dets otte nabosteder (optaget eller tomt) tilfældigt. Næste en af ​​de tre interaktioner (valg, mobilitet, eller reproduktion) er tilfældigt valgt. Den valgte person udfører interaktionen, hvis det er muligt. I nogle tilfælde, interaktionen er ikke mulig:f.eks. nabostedet skal være optaget af et individ af den korrekte art (den der er domineret), for at selektion kan finde sted, og nabostedet skal være tomt, for at reproduktion kan finde sted.

For at gøre en art svagere end de to andre, forskerne gav en art en lavere sandsynlighed for at få selektionsinteraktionen. Resultaterne af simuleringerne viste, at i modsætning til hvad man kunne forvente, den svagere art dør ikke nødvendigvis ud. I stedet, for nogle svaghedsniveauer, den svagere art dominerer i starten næsten hele territoriet. Dette sker fordi, da den svagere art udvælger (dvs. dræber) færre individer af den art, den dominerer, denne art vokser og, på tur, begrænser væksten af ​​den tredje art. Da denne tredje art dominerer de svagere arter, dens begrænsede vækst gør det muligt for de svagere arter at vokse.

Af disse grunde, Tidligere forskning har vist, at de svagere arter altid kan dominere, selv i det lange løb. Imidlertid, her fandt forskerne noget andet.

"Vi blev overrasket, fordi den svagere art ikke nødvendigvis vinder det ujævne klippepapir-saksespil, som det var kendt i litteraturen, " sagde Menezes. "Vi fandt ud af, at i simuleringer af May-Leonard-typen, vinderarten afhænger af mobiliteten og styrken af ​​de svagere arter."

Over tid, nye mønstre viser præcis, hvordan de forskellige arter rumligt sameksisterer. I særdeleshed, spiralmønstre dukker op og rejser som bølger, indtil de møder hinanden, på hvilket tidspunkt resulterer de i, at alle tre arter sameksisterer i små kolonier. Spiralmønstrene - og den deraf følgende sameksistens - forekommer mere sandsynligt på større net, da dette øger mobiliteten for alle arter og giver arterne mulighed for at komme i kontakt med hinanden.

"Smukke spiralbølger dukker op, når gitteret næsten er domineret af en enkelt art, " sagde Moura. "Danningen af ​​spiralformede rumlige mønstre er helt anderledes end standard sten-papir-saks-modellen. Vi forventer, at vores resultater kan være nyttige for økologer, fordi de beskriver og kvantificerer mønstre, der er afgørende for at forstå, hvordan sådanne arter sameksisterer. "

Resultaterne afslørede også, at sameksistens har sine grænser:Når styrken af ​​den svagere art er mindre end cirka en tredjedel af styrken af ​​de to andre arter, sandsynligheden for sameksistens formindskes meget.

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge mere komplekse scenarier, såsom adaptive biologiske systemer, hvor en art kan ændre interaktionssandsynlighederne for at sikre dens overlevelse. De planlægger også at undersøge, hvordan biologiske interaktioner kan afbalancere de ujævne forhold mellem arter, samt virkningerne af sygdomme og andre rovdyr.

"Vi sigter mod at forstå, hvordan et sygdomsudbrud eller en fælles rovdyrsmægling øger chancerne for sameksistens i den ujævne rock-paper-sakse-model, "Sagde Menezes.

© 2019 Science X Network