Математическая модель показывает, как среда влияет на жизненные стратегии лососевых

Исследователи из Токийского столичного университета создали математическую модель, описывающую, как среда влияет на эволюционные стратегии организмов. Они изучили лососевых рыб, которые в зависимости от индивидуальных особенностей выбирают либо миграцию в море с последующим возвращением для нереста, либо оседлую жизнь в реке.

Работа опубликована в журнале Population Ecology.

Их модель точно предсказывает, как доля особей, выбирающих миграцию, меняется в зависимости от условий среды, и показывает, как изменения окружающей среды могут вызывать эко-эволюционные ответы.

Известно, что лососевые рыбы сталкиваются с трудным выбором в начале жизни. Они могут оставаться на одном месте всю жизнь или мигрировать в море, адаптируясь к солёной воде. Мигрирующие особи затем возвращаются в реку для нереста.

Сосуществование этих резко различающихся стратегий выживания может сложно влиять на эволюцию популяций, особенно с учётом взаимодействия со средой. Это может влиять на признаки особей и приводить к изменению доли, выбирающей разные пути.

Хотя такие расхождения в стратегиях не редкость в животном мире, их влияние на эволюцию популяций до конца не изучено.

Чтобы глубже изучить эту проблему, команда учёных под руководством Дзюн-носукэ Хориты из Японской метеорологической ассоциации и доцента Юуи Тачики из Токийского столичного университета построила математическую модель. Она включает известные черты конкретного вида лососевых — самок симы (масу), — и рассматривает, как популяции меняются со временем при наличии альтернативных тактик.

У самок симы есть три возможные тактики:

• Оставаться в реке, где они родились, всю жизнь (резиденты).
• Мигрировать в море через год (ранние мигранты).
• Перемещаться на более позднем этапе жизни (поздние мигранты).

Для простоты учёные смоделировали рыб как резидентов или ранних мигрантов и включили известные демографические особенности лососей, такие как количество яиц на особь и уровень выживаемости. Ключевой особенностью стало включение распределения по размеру, поскольку особи, которые меньше на раннем этапе жизни, с большей вероятностью выбирают миграционный путь.

Используя модель, команда смогла показать, что существует широкий диапазон параметров, при котором поддерживается стабильная популяция. Важно, что они смогли определить набор условий, при которых начинают действовать альтернативные стратегии.

Они обнаружили, что бедная для выживания речная среда в сочетании с благоприятной морской средой приводит к большей вероятности появления различных миграционных тактик. Это в точности соответствует тому, что наблюдается в природе.

Также они смогли изучить экстремальные случаи, которые иначе было бы трудно рассмотреть. Например, когда уровень выживаемости в суровом процессе миграции падает ниже определённой точки, происходит резкий переключатель, и вся популяция становится резидентной.

Способность предсказывать, как популяции выбирают разные миграционные стратегии, важна для понимания эко-эволюции и, наоборот, того, как изменения окружающей среды могут повлиять на выживание организмов.

Команда надеется, что их работа может быть применена для оценки и прогнозирования того, как антропогенные изменения влияют на популяции животных.