Darwin był zdziwiony współpracą w naturze – była ona sprzeczna z doborem naturalnym i ideą przetrwania najsilniejszych. Jednak w ciągu ostatnich dziesięcioleci ewolucyjni matematycy używali teorii gier, aby lepiej zrozumieć, dlaczego wzajemna współpraca trwa, gdy ewolucja powinna faworyzować samolubnych oszustów.
Na podstawowym poziomie współpraca kwitnie, gdy koszty współpracy są niskie lub korzyści duże. Gdy współpraca staje się zbyt kosztowna, znika – przynajmniej w sferze czystej matematyki. Symbiotyczne relacje między gatunkami – takie jak te między zapylaczami a roślinami – są bardziej złożone, ale podążają podobnymi wzorcami.
Jednak nowe modelowanie opublikowane dzisiaj w Nexus PNAS dodaje nieco do tej teorii, wskazując, że zachowania kooperacyjne między gatunkami mogą załamać się w sytuacjach, w których, przynajmniej teoretycznie, powinny się rozwijać.
„W miarę jak zaczęliśmy ulepszać warunki współpracy w naszym modelu, częstotliwość zachowań korzystnych dla obu gatunków wzrastała, zgodnie z oczekiwaniami” – mówi dr Christoph Hauert, matematyk z University of British Columbia, który bada dynamikę ewolucyjną.
„Ale gdy częstotliwość współpracy w naszej symulacji wzrasta — zbliża się do 50 procent — nagle następuje podział. Więcej współpracowników gromadzi się w jednym gatunku, a mniej w drugim — i ta asymetria staje się coraz silniejsza, ponieważ warunki współpracy stają się łagodniejsze”.
Choć matematycy już wcześniej opracowali model „naruszenia symetrii współpracy” między dwiema populacjami, jest to pierwszy model, który umożliwia jednostkom w każdej grupie interakcję i łączenie sił w bardziej naturalny sposób.
Dr Hauert i jego kolega dr György Szabó z Hungarian Research Network użyli obliczeniowych modeli przestrzennych, aby rozmieścić osobniki z dwóch gatunków na oddzielnych kratownicach zwróconych do siebie. Umożliwia to współpracownikom tworzenie klastrów i zmniejszanie ich narażenia na oszustów (i ich wykorzystywania przez nich) poprzez częstsze interakcje z innymi współpracownikami.
„Ponieważ wybraliśmy interakcje symetryczne, poziom współpracy jest taki sam w obu populacjach” — mówi dr Hauert. „Klastry nadal mogą tworzyć i chronić kooperantów, ale teraz muszą być zsynchronizowane w sieciach, ponieważ tam właśnie zachodzą interakcje”.
„Dziwne złamanie symetrii podczas współpracy wykazuje podobieństwa do przejść fazowych w materiałach magnetycznych i podkreśla sukces podejść opracowanych w fizyce statystycznej i ciała stałego” – mówi dr Szabó.
„Jednocześnie model ten rzuca światło na skoki drastycznych zmian w zachowaniu, które mogą znacząco wpłynąć na interakcje w złożonych systemach żywych”.
Badania były wspierane przez Narodową Radę ds. Badań Naukowych i Inżynieryjnych Kanady.
Mutualizm: współpraca między gatunkami
Model opracowany przez matematyków ewolucyjnych w Kanadzie i Europie pokazuje, że w miarę jak współpraca staje się łatwiejsza, może się niespodziewanie załamać. Obejrzyj symulację przestrzennych interakcji kooperantów i dezerterów dla każdego gatunku w różnych scenariuszach.
