ملخص
يعد فهم الحفاظ على التنوع البيولوجي وظهور التعاون موضوعين مهمين في علوم الحياة والسلوك. توفر نظرية اللعبة التطورية، حيث يعتمد نجاح أحد الأنواع على ما يفعله الآخرون، إطارًا رياضيًا واعدًا لدراسة ديناميكيات المجموعات السكانية المتفاعلة.
كأمثلة نموذجية، ظهرت معضلة السجناء وألعاب مقص ورقة الحجر باعتبارها استعارة مثمرة للديناميكيات التعاونية والتطورية المشتركة، مع تطبيقات في علم الأحياء الدقيقة والبيئة. في حين أن علم الأحياء الرياضي يتعامل بشكل كلاسيكي مع النماذج الحتمية، وغالبًا ما تكون متجانسة مكانيًا؛ تعد التأثيرات المشتركة للضوضاء ودرجات الحرية المكانية مهمة للوصف الواقعي للديناميكيات السكانية. نستخدم في بحثنا العمليات العشوائية والمعادلات التفاضلية والمحاكاة الحاسوبية لدراسة ديناميكيات تفاعل السكان. سيكون نهجنا هو اعتماد صياغة نموذجية للتعداد السكاني الفردي، حيث يتم تقسيم المجموعات السكانية الفرعية المتفاعلة إلى جزر متصلة ويمكنها الهجرة من رقعة إلى أخرى.
في بحثنا، نستخدم العمليات العشوائية والمعادلات التفاضلية والمحاكاة الحاسوبية لدراسة ديناميكيات تفاعل المجموعات السكانية بدافع من مشكلات الحفاظ على التنوع البيولوجي وتعايش الأنواع وتطور التعاون على نطاق واسع. خطوط التحقيق المحتملة هي:
(1) لقد ثبت مؤخرًا أن حركة السكان يمكن أن يكون لها آثار تطورية مهمة. هنا، سننظر في النماذج التطورية ذات الأشكال الواقعية للتنقل (على سبيل المثال، المستوحاة من الانجذاب الكيميائي) وأنواع مختلفة من التفاعلات بين الأنواع (على سبيل المثال، لحساب التفاعلات طويلة المدى بين البكتيريا أو الطفرات)، ودراسة التأثير المشترك للحركة والعشوائية على التنظيم الذاتي للسكان، وتعايش الأنواع، وعلى سيناريوهات البقاء والانقراض.
(ii) تتم صياغة النماذج الرياضية للديناميكيات السكانية بشكل كلاسيكي من حيث معادلات المعدل التي من المعروف أن تنبؤاتها قد تغيرت بسبب التأثيرات العشوائية. يعد انقراض المجموعات السكانية الفرعية وتثبيت الطفرات من الأمثلة الصارخة على تأثير الضوضاء العشوائية. لتحليل هذه الظواهر، سنستخدم بشكل خاص طرق توسيع الحجم المناسبة (مثل تقريب الانتشار ونظرية WBK) التي ستسمح لنا بحساب التقلبات العشوائية ذات الشدة المختلفة. سيكون من المثير للاهتمام إجراء هذا النوع من البحث للنماذج ذات الدوافع البيئية والبيولوجية، أولاً في المجموعات السكانية المختلطة جيدًا ثم ذات التنظيم المكاني
(iii) في الطبيعة، غالبًا ما تتفاعل الكائنات الحية مع عدد محدود من الأفراد في الحي الذي يعيشون فيه. وبالتالي فإن السكان منظمون بشكل غير متجانس ولا يمكن وصفهم بنماذج مختلطة جيدًا. وينتج عن هذا غالبًا أنماطًا تمت ملاحظتها في النظم البيئية والتي يعد أصلها موضوعًا مكثفًا للبحث. وفقًا لنظرية تورينج الحتمية، يمكن أن يؤدي الانتشار إلى عدم استقرار في تشكيل الأنماط في الأنظمة إذا تم استيفاء بعض الشروط المحددة. ومع ذلك، غالبًا ما تكون هذه الشروط صارمة للغاية، وقد لوحظ تشكيل الأنماط في العديد من النظم البيئية حيث لا يمكن توقعها وفقًا لنظرية تورينج. وفي هذا السياق، تم اقتراح مؤخرًا أن الضوضاء مع الحركة يمكن أن تكون آلية مسؤولة عن ظهور الأنماط. نود اختبار هذا السيناريو من خلال التحقيق في أصل تشكيل النمط في الأمثلة النموذجية مثل نموذج "حجر ورقة مقص" ومتغيراته، في ظل وجود كل من التقلبات الديموغرافية والبيئية. في نهجنا، سوف نعتمد صياغة نموذج استقلاب سكاني "على أساس فردي" حيث يتم تقسيم المجموعات السكانية الفرعية المتفاعلة إلى جزر متصلة ويمكنها الهجرة من رقعة إلى أخرى.
ترتبط بعض جوانب هذا البحث بالمشروع متعدد التخصصات الديناميكيات التطورية البيئية لتقلبات السكان، وهو تعاون دولي ممول من EPSRC في المملكة المتحدة وNSF في الولايات المتحدة الأمريكية.
