Matematycy ewolucyjni odkryli, że współpraca między gatunek może nieoczekiwanie spaść nawet w miarę poprawy warunków mutualizmu.
To sprzeczne z intuicją odkrycie podkreśla złożoność zachowań opartych na współpracy, ujawniając, że w miarę rozwoju współpracy mogą rozwinąć się asymetrie, co może prowadzić do jej zerwania. W badaniu wykorzystano teorię gier i modele obliczeniowe do zbadania tej dynamiki, dostarczając spostrzeżeń odzwierciedlających przejścia fazowe w fizyce.
Zrozumienie współpracy w przyrodzie
Darwina zaintrygowała współpraca w przyrodzie – była ona sprzeczna bezpośrednio z doborem naturalnym i koncepcją przetrwania najlepiej przystosowanych. Jednak w ciągu ostatnich dziesięcioleci matematycy ewolucyjni korzystali z teorii gier, aby lepiej zrozumieć, dlaczego wzajemna współpraca trwa, podczas gdy ewolucja powinna faworyzować egoistycznych oszustów.
Na podstawowym poziomie współpraca kwitnie, gdy koszty współpracy są niskie, a korzyści duże. Kiedy współpraca staje się zbyt kosztowna, zanika – przynajmniej w sferze czystej matematyki. Symbiotyczne relacje między gatunkami – takimi jak te między zapylaczami a roślinami – są bardziej złożone, ale przebiegają według podobnych wzorców.
Nowe spostrzeżenia z najnowszych modeli
Ale nowe modelowanie opublikowane dzisiaj (3 września) w Nexus PNAS dodaje zamieszanie do tej teorii, wskazując, że kooperacyjne zachowanie między gatunkami może się załamać w sytuacjach, w których, przynajmniej teoretycznie, powinno się rozwijać.
„W miarę jak zaczęliśmy ulepszać warunki współpracy w naszym modelu, zgodnie z oczekiwaniami wzrosła częstotliwość wzajemnie korzystnych zachowań u obu gatunków” – mówi dr Christoph Hauert, matematyk z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej, który bada dynamikę ewolucyjną.
„Ale w miarę jak częstotliwość współpracy w naszej symulacji wzrasta — zbliża się do 50 procent — nagle następuje podział. W jednym gatunku gromadzi się więcej współpracowników, a w drugim mniej – a ta asymetria stale się pogłębia, w miarę jak warunki współpracy stają się łagodniejsze”.
Łamanie symetrii we współpracy
Chociaż matematycy modelowali już to „łamanie symetrii współpracy” między dwiema populacjami, jest to pierwszy model, który umożliwia jednostkom w każdej grupie interakcję i łączenie sił w bardziej naturalny sposób.
Doktor Hauert i jego kolega, dr György Szabó z Węgierskiej Sieci Badawczej, wykorzystali obliczeniowe modele przestrzenne, aby rozmieścić osobniki obu gatunków na oddzielnych siatkach naprzeciwko siebie. Umożliwia to współpracownikom tworzenie klastrów i ograniczanie ich narażenia na oszustów (i wykorzystywania przez nich) poprzez częstsze interakcje z innymi współpracownikami.
Implikacje i wsparcie dla badań
„Ponieważ wybraliśmy interakcje symetryczne, poziom współpracy jest taki sam w obu populacjach” – mówi dr Hauert. „Klastry nadal mogą tworzyć i chronić współpracowników, ale teraz muszą być synchronizowane między sieciami, ponieważ to tam zachodzą interakcje”.
„Dziwne łamanie symetrii we współpracy pokazuje podobieństwa do przejść fazowych w materiałach magnetycznych i podkreśla powodzenie podejść opracowanych w fizyce statystycznej i fizyce ciała stałego” – mówi dr Szabó.
„Jednocześnie model rzuca światło na gwałtowne zmiany w zachowaniu, które mogą znacząco wpłynąć na interakcje w złożonych systemach żywych”.
Odniesienie: „Spontaniczne łamanie symetrii współpracy między gatunkami” 3 września 2024 r., Nexus PNAS.
DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae326
Badania były wspierane przez Kanadyjską Narodową Radę ds. Badań nad Nauką i Inżynierią.
Mutualizmy: współpraca gatunków
Model opracowany przez matematyków ewolucyjnych z Kanady i Europy pokazuje, że w miarę jak współpraca staje się łatwiejsza, może ona nieoczekiwanie się załamać. Obejrzyj symulację interakcji przestrzennych współpracowników i uciekinierów dla każdego gatunku w różnych scenariuszach.
