Исследование по теории игр: Кооперативное поведение согласуется с эволюционной теорией

Один из сложных вопросов, поднимаемых эволюционной теорией, — как возникло кооперативное поведение, которое приносит пользу другим членам вида, но требует затрат от индивида.

Такое поведение ставило биологов в тупик, поскольку если выживают только наиболее приспособленные, то гены, отвечающие за поведение, выгодное всей популяции, не должны сохраняться, а кооперация — исчезнуть.

Исследователи из MIT использовали теорию игр, чтобы понять одно из решений, которое используют дрожжи для обхода этой проблемы. Результаты, опубликованные в онлайн-издании Nature 6 апреля, показывают: если индивид может получить даже небольшую выгоду от сотрудничества, он может выжить, даже будучи окружённым некооперирующимися особями. Это даёт конкретный пример того, как кооперативное поведение может быть совместимо с эволюционной теорией.

Дрожжи хорошо подходят для таких исследований, поскольку их действия определяются исключительно генетическим ответом на среду, без вмешательства эмоций или мыслей. «Теорию игр можно применять к биологическим взаимодействиям, и в некотором смысле она даже более применима, чем к людям», — отмечает ведущий автор работы.

Кооператоры и обманщики

Экспериментальная система была основана на метаболизме сахарозы у дрожжей. Чтобы усваивать сахарозу, дрожжам необходимо секретировать фермент инвертазу, который расщепляет её на простые сахара. Большая часть этих сахаров диффундирует и становится доступной другим дрожжевым клеткам в среде. Дрожжи, секретирующие инвертазу, — кооператоры. Те, кто не секретирует её, а потребляет сахара, произведённые другими, — обманщики.

Если бы все простые сахара диффундировали, не давая преимущества производителю, то всегда было бы выгоднее обманывать, и кооператоры вымерли бы.

Исследователи обнаружили, что кооперирующие дрожжи имеют преимущественный доступ примерно к 1% сахарозы, которую они производят. Эта выгода перевешивает затраты на помощь другим, позволяя им успешно конкурировать с обманщиками.

Кроме того, независимо от начального соотношения в популяции, микробы всегда приходят к состоянию равновесия, где присутствуют и кооператоры, и обманщики.

Это указывает на то, что дрожжи играют в так называемую игру «снежный занос». В этой ситуации лучшая стратегия — делать противоположное тому, что делает оппонент. Те же правила применимы к дрожжам: когда большинство кооперирует, некоторым индивидам становится выгодно обманывать, и наоборот, что позволяет сосуществовать обеим стратегиям.

Исследования показывают, что в природе дрожжи несут разное количество копий гена инвертазы. Это генетическое разнообразие в дикой природе может быть аналогично долгосрочному сосуществованию кооператоров и обманщиков, наблюдаемому в лаборатории.