Залежна еволюція: Еволюційний збройний бій між видами

Взаємна селекція

Більшість природного відбору є одностороннім шляхом: вид адаптується до клімату, джерела їжі чи фізичного середовища, яке не змінюється у відповідь. Взаємодія (коеволюція) відрізняється. Для її розвитку необхідна взаємна селекція – дві лінії еволюції діють як частина навколишнього середовища одної для іншої, і кожна еволюційна зміна в одній стороні змінює вибірковий тиск, що відчуває інша. Швидкіша чапля сприяє розвитку швидкої газелі, а швидка газель сприяє розвитку швидшої чаплі, у циклі, який ніколи не стабілізується навколо фіксованої мети.

Червона Королева: бігти, щоб залишатися на місці

Біолог Лейґ Ван Вален назвав цю динаміку «гіпотезою Червоної Королеви» у 1973 році, після персонажа з ‘Крізь споконвічне відображення’, яка постійно повинна бігти лише для того, щоб залишатися на тому ж місці. Оскільки обидві сторони продовжують вдосконалюватися, відносна придатність може залишатися приблизно сталою, навіть якщо абсолютна здатність зростає у обох випадках – ніхто не перемагає остаточно, але зупинка є фатальною.

Типовий підручник – це блішня північна та гаттера геккони в тихоокеанському регіоні. Блішні виробляють тетродотоксин, потужне нервове отруту; популяції гаттерів гекконів, які живуть поруч із особливо токсичними блішнями, розвинули мутації стійкості в своїх натрій-каналових білках, а в тих самих популяціях токсичність блішні була підведена до екстремальних рівнів, рідкісних у інших місцях – задокументована, географічно картографавана зброювальна гонка. Брод-паразитичні кукушки та їхні види демонструють паралельну історію: види еволюціонують у більш точну розпізнавання малюнку яєць, а кукушки – у краще імітування яєць, повторюючи в тому напрямку, який дає тимчасову перевагу.

Простий модель ескалації

Адаптивна динаміка розглядає кожен ознаку виду (ефективність токсину, стійкість, маскування) як змінну, що повільно розвивається і піднімається по локальному градієнту пристосованості. Однак, оскільки цей градієнт залежить від поточних ознак інших видів, ці дві рівняння пов'язані:

dz1/dt = G1 · ∂W1(z1, z2)/∂z1 ознака 1 піднімається по власному градієнту пристосованості dz2/dt = G2 · ∂W2(z1, z2)/∂z2 ознака 2 піднімається по власному градієнті пристосованості

W1 та W2 залежать ОБОХ від z1 та z2 → ці дві рівняння пов'язані Залежно від форми цих функцій пристосованості та вартості виробництва ознаки, ця зв’язана система може стабілізуватися на стабільній парі значень ознак (еволюційно стійстратегія), ескалюватися без обмежень до тих пір, поки не буде досягнуто фізіологічного ліміту, або коли вона коливається – значення ознак полюють одна за одною в циклах, подібних до динаміки популяцій хижаків та здобичі, але розгортаються у просторі ознак замість розміру популяції.

dz1/dt = G1 · ∂W1(z1, z2)/∂z1     trait 1 climbs its own fitness gradient
dz2/dt = G2 · ∂W2(z1, z2)/∂z2     trait 2 climbs its own fitness gradient

W1 and W2 each depend on BOTH z1 and z2 → the two equations are coupled

Ескалація, стагнація чи циклічність

Відкрита ескалація реальна, але рідкісна та дорога – виробництво більшої кількості токсинів або товстішого панциря потребує енергії та обмежує зростання чи розмноження, тому більшість гонок озброєнь зрештою стагнують на рівні глухого кута, встановленому цими фізіологічними витратами, а не тривають безкінечно. Циклічність виникає, коли є затримка: до того, як ознака однієї сторони наздожене іншу, інша вже перейшла до наступного кроку, створюючи коливання, які можна відстежувати в поколіннях у швидко розмножуваних системах, таких як бактерії та віруси, що їх заражають.

Дифузна коеволюція та взаємозмів

Реальні взаємодії рідко залишаються чисто одно-на-одно. Хімічні захисні механізми рослин зазвичай еволюціонують у відповідь на цілий пантеон безпосередніх хижаків та патогенів одночасно, а не лише на одну вид роду комах – це більш хаотична картина, яка називається дифузною коеволюцією, хоча теорія парних взаємодій залишається основною будівельною одиницею для розуміння цього явища. І не кожна коеволюційна взаємодія є ворожою: запилювачі та квіти, які вони відвідують, коеволюціонують, розвиваючи узгоджені ознаки – наприклад, довжину хоботка та глибину цвіточного трубочки, що приносять користь обом сторонам, демонструючи те, що логіка «Червоної Королеви» не є єдиним результатом, який може дати коеволюція.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Coevolution і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.