Голодная смерть увеличила выживаемость модельных хищников

Ученые добавили смерть от голодания после нескольких последовательных неудач в охоте в компьютерные модели взаимодействия биологических видов и оказалось, что такое нововведение может привести к сохранению сосуществования, даже если без него симулированная экосистема приходила в упадок, пишут авторы в журнале Europhysics Letters. Однако результаты трудно соотнести с реальностью, так как использованная модель опирается на специфические предположения.

Многие природные процессы можно смоделировать на компьютере, зная характер взаимодействия исходных элементов и их свойства. В частности, можно воспроизвести формирование крупномасштабной структуры Вселенной, в случае чего определяющая роль отведена гравитации. Несмотря на несравнимо большую сложность биологических объектов по сравнению с облаками газа, взаимодействие в живой природе во многих случаях также поддается математическому описанию.

Наиболее известным примером является модель Лотки—Вольтерры — простая система из двух дифференциальных уравнений, которая способна в первом приближении воспроизводить динамику популяций хищников с жертвами, паразитов с хозяевами и других взаимодействий двух видов. Несмотря на примитивность, подобный подход в некоторых случаях учитывает основные действующие факторы и может выдавать согласующиеся с реальными наблюдениями результаты. Также подобные математические методы позволяют оценить эффект от внедрения нового вида, будь то непреднамеренное действие или контролируемое воздействие, призванное достичь определенной цели.

Существует ряд более сложных моделей, учитывающих большее количество видов, дополнительные способы взаимодействий и свойства симулируемых элементов. Это позволяет получить множество сложных динамических пространственных распределений, фазовых переходов и других явлений. В некоторых режимах удается добиться сосуществования видов на протяжении сколь угодно большого промежутка времени. В других этого достичь не удается, но введение новых условий, таких как увеличение смертности при очень большой плотности населений, может оказывать положительный эффект на долговременную выживаемость.

В работе португальских ученых под руководством Педро Авелино (Pedro Avelino) из Университета Порту рассматривалась модель взаимодействия двух или трех видов взаимных хищников с новым дополнительным условием — после определенного количества неудачных попыток охоты животное погибало. Сразу стоит отметить специфичность данной модели, так как взаимная охота нескольких видов в природе в принципе редко встречается — межвидовое хищничество обычно связано с борьбой за доступность общей жертвы. Также в статье описывается симметричное взаимодействие, то есть моделируемые животные оказываются одинаковыми по своим свойствам.

Модель состоит из квадратного поля с периодическими граничными условиями, разделенного на ячейки. Каждая ячейка может быть либо свободна, либо занята представителем одного из видов. Модельным животным доступны следующие действия: передвижение, охота и размножение — каждое из которых обладает определенной вероятностью. На каждом шаге работы алгоритма случайно выбирается занятая клетка, которая считается активной, и случайная соседняя с ней, которая будет пассивной. Животное из активной ячейки предпринимает одно из действий, причем охота на пустую клетку или представителя своего вида считается безуспешной, как и размножение с занятой клеткой.

Новая идея заключается в смерти животного, если у него определенное количество попыток охоты оказалось неудачным. Более того, если оно размножалось, то потомство наследует счетчик неудач. Таким образом, отпрыски голодного родителя умрут через меньшее количество шагов, чем отпрыски сытого, если сами будут неудачливы в охоте. В результате популяции формируют сложные пространственные распределения, густонаселенные на границах соприкосновения «ареалов» и с малой плотностью в глубине.

В конкретном случае одной популяции, окруженной во всех сторон представителями противников, центральная погибает, если не учитывать голодание. Однако новое условие приводит к устойчивому существованию обеих популяций. В случае трех видов голодная смерть также положительно сказалась на выживании.

Ранее ученые объяснили повороты косяка рыб с помощью учета гидродинамических сил, повысили точность моделей распространения эпидемий рассмотрением социально-экономических классов и использовали моделирование для понимания передачи инфекции зараженными людьми.

Тимур Кешелава