Решение великого парадокса биоразнообразия с помощью теории игр

Ученые из Лиссабона (Португалия) предложили новое математическое решение давней экологической загадки — объяснения, как сотни видов могут сосуществовать в среде с очень ограниченным числом ресурсов.

Суть парадокса

Классические модели конкуренции за ресурсы предсказывают, что каждый ресурс будет поддерживать один вид, наиболее эффективно его потребляющий, что должно приводить к вымиранию конкурентов. Однако в реальности, например, в планктонных экосистемах, где доступно менее 10 ключевых ресурсов (свет, азот, фосфор, железо и др.), стабильно сосуществуют сотни видов. Это противоречие известно как «парадокс планктона».

Новый подход на основе теории игр

Исследователи из Центра Шампалимо использовали в качестве основы модели агрессии из теории игр («ястребы и голуби»). В их модели каждый вид для каждого типа ресурса независимо выбирает стратегию «ястреба» (агрессивное доминирование) или «голубя» (разделение или уход).

Ключевой результат

Комбинаторное разнообразие таких стратегий приводит к экспоненциальному росту числа сосуществующих видов с увеличением числа ресурсов:

• 1 ресурс → 2 вида
• 2 ресурса → 4 вида
• 4 ресурса → 16 видов
• 10 ресурсов → более 1000 видов

Подтверждение модели

Модель также точно предсказывает наблюдаемое в реальных экосистемах распределение обилия: несколько видов являются наиболее многочисленными и составляют непропорционально большую долю общей биомассы (аналогично неравенству богатства в человеческом обществе).

Значение работы

Решение этого парадокса может стать ключом не только к пониманию биоразнообразия, но и к прогнозированию вымираний и возможных направлений эволюции. Авторы отмечают, что предложенные механизмы конкуренции нуждаются в дальнейшей экспериментальной проверке на реальных видах.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B.