År 1975, R.M. May och W.J. Leonard använde först rock-paper-sax-spelet för att modellera ekologiska scenarier där tre arter cykliskt dominerar varandra:en art dominerar en andra art, den andra arten dominerar en tredje art, och den tredje arten dominerar den första arten. Spelet fungerar bra, till exempel, för modellering av olika stammar av cykliskt dominerande E coli bakterie.

Traditionellt, rock-paper-sax-modellen förutsätter att alla tre arterna har samma styrka. Men vad händer om en av arten är svagare än de andra två? Ett sådant scenario kan förekomma i naturen, till exempel, på grund av säsongsvariationer som minskar en viss arts förmåga att konkurrera med andra arter.

I ett nytt papper, docent Josinaldo Menezes, doktorand Tibério Pereira, och grundstudenten Bia Moura vid Federal University of Rio Grande do Norte i Brasilien har tagit upp denna fråga genom att utföra mer än en miljon simuleringar av en stenpappersax-modell där en art attackerar mindre än den attackeras. Modellen hjälper till att förklara hur samexistens mellan olika arter upprätthålls trots artens olika styrkor.

"Resultaten säger att orsaken till att arter kan samexistera, även om en av dem är svagare, är den speciella urvalskonfigurationen för rock-paper-sax-modellen, "Berättade Pereira Phys.org .

Modellen fungerar något annorlunda än den ursprungliga rock-paper-sax-modellen när den implementerades som ett specialfall för May-Leonard-modellen. Individer, som placeras på ett rutnät, kan utföra tre möjliga interaktioner, oavsett vilken av de tre arterna de tillhör. De tre interaktionerna är urval, rörlighet, och reproduktion. Urval är som att döda, där en individ av en art kan utplåna en närliggande individ av den art som den dominerar. För rörlighet, en individ av en art kan byta plats med en närliggande individ av arten som den dominerar, eller flytta till ett intilliggande tomt utrymme. För reproduktion, en individ av en art kan befolka ett tomt angränsande utrymme med en annan individ av sin art.

I simuleringen, individer av varje art är slumpmässigt fördelade på ett rutnät. En individ väljs slumpmässigt, och sedan väljs slumpmässigt en av dess åtta närliggande platser (ockuperade eller tomma). Nästa en av de tre interaktionerna (urval, rörlighet, eller reproduktion) väljs slumpmässigt. Den utvalda individen utför interaktionen, om möjligt. I vissa fall, interaktionen är inte möjlig:till exempel den närliggande platsen måste vara ockuperad av en individ av rätt art (den som domineras) för att urval ska ske, och den närliggande platsen måste vara tom för att reproduktion ska kunna äga rum.

För att göra en art svagare än de andra två, forskarna gav en art en lägre sannolikhet för att få selektionsinteraktionen. Resultaten av simuleringarna visade att, tvärtemot vad man kan förvänta sig, de svagare arterna behöver inte nödvändigtvis dö ut. Istället, för vissa svagheter, de svagare arterna dominerar initialt nästan hela territoriet. Detta händer eftersom, eftersom de svagare arterna väljer (dvs. dödar) färre individer av arten som den dominerar, denna art växer och, i tur och ordning, begränsar tillväxten av den tredje arten. Eftersom denna tredje art dominerar de svagare arterna, dess begränsade tillväxt gör att de svagare arterna kan växa.

Av dessa anledningar, tidigare forskning har visat att de svagare arterna alltid kan dominera, även i längden. Dock, här fann forskarna något annorlunda.

"Vi blev förvånade eftersom den svagare arten inte nödvändigtvis vinner det ojämna rock-paper-saxspelet, som det var känt i litteraturen, "Sa Menezes." Vi fick reda på att i simuleringar av maj-Leonard-typ, vinnararten beror på rörligheten och styrkan hos de svagare arterna. "

Över tid, nya mönster visas som visar exakt hur de olika arterna rumsligt samexisterar. Särskilt, spiralmönster dyker upp och färdas som vågor tills de möter varandra, vid vilken tidpunkt de resulterar i att alla tre arter samexisterar i små kolonier. Spiralmönstren - och resulterande samexistens - förekommer mer sannolikt på större nät, eftersom detta ökar rörligheten för alla arter och gör det möjligt för arten att komma i kontakt med varandra.

"Vackra spiralvågor dyker upp när gallret nästan domineras av en enda art, "sa Moura." Bildandet av spiralformiga rumsmönster är helt annorlunda än den vanliga rock-paper-sax-modellen. Vi förväntar oss att våra resultat kan vara till hjälp för ekologer eftersom de beskriver och kvantifierar mönster som är avgörande för att förstå hur sådana arter samexisterar. "

Resultaten avslöjade också att samexistens har sina gränser:När styrkan hos den svagare arten är mindre än ungefär en tredjedel av styrkan hos de andra två arterna, sannolikheten för samexistens minskar kraftigt.

I framtiden, forskarna planerar att undersöka mer komplexa scenarier, såsom adaptiva biologiska system, där en art kan ändra interaktionssannolikheterna för att garantera dess överlevnad. De planerar också att utforska hur biologiska interaktioner kan balansera de ojämna förhållandena mellan arter, liksom effekterna av sjukdomar och andra rovdjur.

"Vi strävar efter att förstå hur ett sjukdomsutbrott eller en vanlig rovdjursmedling ökar chanserna för samexistens i den ojämna rock-paper-sax-modellen, "Sa Menezes.

© 2019 Science X Network