Оказалось, что слишком много гармонии в жизни может привести к хаосу

Новое исследование показывает, что улучшение условий для сотрудничества между видами может привести к его разрушению. Это удивительное открытие, сделанное на основе эволюционной математики и вычислительного моделирования, предполагает сложную динамику, при которой сотрудничество может внезапно распасться между видами.

Эволюционные математики обнаружили, что сотрудничество между видами может сократиться даже при улучшении условий для мутуализма. Этот вывод подчеркивает сложность кооперативного поведения, показывая, что по мере роста кооперации может развиваться асимметрия, которая потенциально может привести к разрыву сотрудничества.

В исследовании используется теория игр и вычислительные модели для изучения этой динамики, что позволяет сделать выводы, перекликающиеся с фазовыми переходами в физике.

Дарвин был озадачен сотрудничеством в природе — оно прямо противоречило естественному отбору и понятию «выживание сильнейших». Но за последние десятилетия математики-эволюционисты использовали теорию игр, чтобы лучше понять, почему взаимное сотрудничество сохраняется, когда эволюция должна благоприятствовать «корыстным мошенникам».

На базовом уровне сотрудничество процветает, когда затраты на него малы или выгоды велики. Когда сотрудничество становится слишком дорогим, оно исчезает — по крайней мере, в области чистой математики. Симбиотические отношения между видами — например, между опылителями и растениями — более сложны, но подчиняются схожим закономерностям.

Новое моделирование, опубликованное в PNAS Nexus, указывает на то, что кооперативное поведение между видами может разрушаться в ситуациях, когда теоретически, оно должно процветать.

Модель, разработанная эволюционными математиками в Канаде и Европе, показывает, что по мере того, как сотрудничество становится проще, оно может неожиданно разрушиться. Посмотрите симуляцию пространственных взаимодействий кооператоров и перебежчиков для каждого вида при различных сценариях.

«Когда мы начали улучшать условия для сотрудничества в нашей модели, частота взаимовыгодного поведения у обоих видов увеличилась, как и ожидалось», — говорит доктор Кристоф Хауерт, математик из Университета Британской Колумбии, изучающий эволюционную динамику.

«Но когда частота кооперации в нашей модели становится выше — ближе к 50%, — внезапно происходит раскол. В одном виде кооператоров становится больше, а в другом — меньше, и эта асимметрия продолжает усиливаться по мере того, как условия для кооперации становятся все более благоприятными», — добавил он.

Хотя такое нарушение симметрии сотрудничества между двумя популяциями моделировалось математиками и раньше, это первая модель, которая позволяет особям в каждой группе взаимодействовать и объединять усилия более естественным образом.

Доктор Хауэрт и его коллега Дьёрдь Сабо из Венгерской исследовательской сети использовали вычислительные пространственные модели, чтобы расположить особей двух видов на отдельных решетках друг напротив друга. Это позволяет кооператорам образовывать кластеры и снижать подверженность «мошенникам» (и их эксплуатацию) за счет более частого взаимодействия с другими кооператорами.

«Поскольку мы выбрали симметричное взаимодействие, уровень кооперации одинаков в обеих популяциях, — говорит Хауэрт. — Кластеры по-прежнему могут образовываться и защищать кооператоров, но теперь они должны быть синхронизированы по всей решетке, потому что именно там происходит взаимодействие».

«Странное нарушение симметрии в кооперации показывает параллели с фазовыми переходами в магнитных материалах и подчеркивает успех подходов, разработанных в статистической физике и физике твердого тела, — говорит доктор Сабо. — В то же время модель проливает свет на скачки в резких изменениях поведения, которые могут существенно повлиять на взаимодействие в сложных живых системах».

Ранее ученые из Смитсоновского института предложили план по защите биоразнообразия Земли в виде создания биохранилища ДНК на Луне. По их словам, постоянно затененные лунные кратеры достаточно холодны для криогенной консервации и не нуждаются в электричестве или жидком азоте.