Oplysende samspil mellem beslutningstagning og miljøet

I et stærkt forurenet miljø, giver det mere mening for en virksomhed at blive ved med at forurene eller begynde at rydde op? Hvis den vælger at anvende renere teknologier, og miljøet bliver sundere, gælder den samme beregning?

Disse tilbagemeldinger mellem beslutningsstrategi og miljø kommer på områder så forskellige som fiskeri, økonomi, og menneskelige sociale interaktioner. Spilteoretikere har udforsket disse såkaldte feedbacks ved hjælp af individuelle modeller til anvendelse på bestemte scenarier. Men i en ny publikation i Naturkommunikation , forskere fra Penn's School of Arts and Sciences præsenterer en samlende model, der forklarer disse forskellige interaktioner og understreger ligheden mellem deres funktioner.

"Det, vi gør i vores papir, er at forsøge eksplicit at inkorporere den måde, hvorpå evolutionær spildynamik kan påvirkes af miljøet og kan ændre miljøet, " siger Andrew Tilman, førsteforfatter på papiret og en postdoc-forsker ved Biologisk Institut. "Så, du får denne feedback mellem strategier, der bruges i spillet og miljøændringer."

Tilman var medforfatter til arbejdet med rådgiverne Erol Akçay og Joshua Plotkin, fakultetsmedlemmer, hvis arbejde er specialiseret i teoretiske og beregningsmæssige tilgange til biologiske spørgsmål.

Resultaterne kaster lys over de tætte kræfter, der forbinder ændringer i strategisk handling med miljøændringer, og omvendt.

"Tag fiskebestande, der går op eller ned afhængigt af en befolknings fiskeristrategier, eller jordens næringsstofniveauer, der går op eller ned afhængigt af, om der er nitrogenfiksere eller ikke-fikserende planter til stede, " siger Akçay. "Hvor meget fisk eller nitrogen der er, vil så afgøre udbyttet fra forskellige strategier og favorisere den ene eller den anden strategi. Denne situation dukker op overalt, og mens der var forskellige modeller her og der, hvad Andrew virkelig gjorde var at binde det hele sammen i én. Han viste, at man kan kortlægge disse modeller på en fælles model og derefter analysere den model og lave forudsigelser for en masse forskellige systemer."

"Forståelse af, hvordan balancen mellem strategiske typer i en befolkning påvirker miljøet, og hvordan miljøet derefter feeds tilbage til at ændre strategiske interaktioner, er en ny udfordring for økologer og adfærdsforskere, " siger Plotkin. "Det er et sjovt teoretisk problem, men det har også et væld af implikationer i anvendte indstillinger, hvor vi i stigende grad anerkender den tætte sammenblanding af menneskelig adfærd og det skiftende miljø."

Projektet er opstået fra Tilmans doktorgradsarbejde, som så på de økonomiske incitamenter, folk står over for, når de har at gøre med en fælles puljeressource, for eksempel et fiskeri eller et sundt miljø.

"Jeg gjorde det på en ad hoc måde, at sammensætte en model for miljødynamik med en evolutionær spilteori-model for hver enkelt, " siger han. "Jeg blev inspireret til at arbejde på en måde at forene mange forskellige problemer, der alle tænker på disse strategiske interaktioner forbundet med et miljø i forandring."

Forskerne fandt ud af, at en relativt simpel lineær model kunne kortlægge dynamikken i en række af disse typer strategi-miljø-feedbacks.

"Vi skabte også nogle ikke-lineære modeller, og nogle nuancer kan opstå, men de lineære modeller giver dig intuition for, hvorfor de nye ting kan ske, " siger Akçay. "De er overraskende kraftfulde."

Deres analyse fungerede for systemer som et forureningseksempel, hvor miljøpåvirkningen - mere forurening - forsvinder som tiden går. Men modellen passer også til scenarier, hvor miljøproduktet blev regenereret, som i et fiskerieksempel.

Modellen gjorde det muligt for dem at forudsige, hvordan strategier ville ændre sig, om de ville cykle eller opnå en ligevægt, baseret på de incitamenter, som aktørerne stod over for, når både miljøforholdene og strategierne i en befolkning var på det yderste. Igen til forureningsmodellen:"Du kunne forestille dig, at en strategi ville være at udlede høje niveauer af forurening, og en anden ville være at udlede lave niveauer af forurening, og afhængigt af den blanding af strategier, der bruges, det vil påvirke niveauet af forurening, der er til stede, ", siger Tilman. "Vi kan forstå, hvad der vil ske i spillet baseret på, hvor stærke incitamenterne er til at skifte til en højforureningsstrategi, når miljøet er i en tilstand med lav forurening, samt incitamenterne til at skifte til en højforureningsstrategi. forurenende strategi, når miljøet er i en lav-forurenende tilstand."

Tilgangen kaster lys over nutidige problemstillinger, såsom regulering af globale emissioner i lyset af klimaændringer.

"Vi ser, at hvis alt er rent, du ønsker at dræbe ethvert incitament til at være en forurener. Ellers kan cyklussen tippe tilbage mod forurenende strategier, " siger Akçay.

Ser frem til, forskerne håber at inkorporere prognoser i deres model. Med andre ord, hvis en skuespiller kan forudsige, hvordan miljøet vil ændre sig, vil de ændre deres strategier tidligere eller senere, end de ellers ville?

"Disse evolutionære og spilteoretiske modeller har en tendens til at betragte skuespillerne som nærsynede, skifter deres strategier baseret på deres øjeblikkelige incitamenter, " siger Tilman. "Men for mere realistisk at efterligne de beslutningsprocesser, som folk engagerer sig i, vi vil begynde at tænke på at inkorporere prognoser i modelleringsrammen."