Вымирание видов происходит либо в ходе конкуренции с другими видами, либо из-за неспособности подстроиться под изменяющиеся условия окружающей среды. При этом считается, что из двух соперничающих популяций выживает наиболее приспособленная (действует закон естественного отбора — сохраняются те организмы, которые обладают качествами, способствующими успешному воспроизведению себе подобных).

Результаты моделирования вероятности выживания (Psurv) для видов А (показана синим), В (зеленым) и С (красным). Представлены два случая: N = 3 и N = 10 000 (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Ученые из Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана (Германия) решили проверить справедливость этого утверждения на примере компьютерной модели соперничества трех разных видов. Результаты моделирования удивили самих исследователей: оказалось, что самый слабый участник практически гарантированно побеждает в таком соревновании.

В качестве основы исследования был взят принцип, напоминающий правила игры «камень-ножницы-бумага»: каждый из видов (обозначим их А, В и С) имеет превосходство над одним из противников и проигрывает другому. Необходимо отметить, что сосуществующие субпопуляции, взаимодействия между которыми подчиняются подобному закону, были обнаружены во многих экосистемах (например, сообществах беспозвоночных на коралловых рифах). Результат эволюции всей системы можно формализовать так:

А + В → А + А;

В + С → В + В;

С + А → С + С.

При этом скорость первого процесса (уничтожения вида В его соперником А) выражается показателем К_А, скорость второго и третьего процессов — величинами К_В и К_С, соответственно. Определив начальные условия, ученые проводили моделирование эволюции до того момента, когда «в живых» оставались представители лишь одного вида, для разных размеров системы (N) и всевозможных соотношений К_А, К_В и К_С.

Эксперименты начались с наиболее простого случая N = 3 (то есть в каждую популяцию входило по одному существу). Оказалось, что в такой ситуации вероятность выживания для каждого из существ линейно зависит от показателя скорости соответствующего процесса (к примеру, для вида А эта вероятность равна К_В). Процесс выживания формулировался правилом, названным исследователями «законом невмешательства»: вид, наименее активно взаимодействующий с другими (активность вида А, скажем, выражается величинами К_А и К_С), имеет наибольшие шансы на победу. Закон этот, впрочем, выполняется не всегда; если предположить, что показатель К_В превосходит два других, существо А будет выживать с большой, но не стопроцентной вероятностью.

Дальнейшие исследования показали, что такое поведение характерно для систем с N < 20; при размерах 20 < N < 100 модель демонстрирует «смешанное» поведение, а при N > 100 в дело вступает другой закон — «закон слабого». Формулируется он довольно просто: если неравенство К_А < К_В, К_С верно, то вид А имеет наибольшие шансы на выживание. Как выяснили ученые, это правило выполняется строго при том условии, что N стремится к бесконечности. Интригующий выбор названия — «закон слабого» — объясняется тем, что воспроизводство организмов А происходит с наименьшей из трех скоростью К_А; такое обстоятельство позволяет считать указанный вид слабейшим.

Выведенное правило оказалось справедливо даже для тех случаев, когда различия между соперничающими видами минимальны. «Полученные нами результаты чрезвычайно важны для понимания законов эволюции экосистем и разработки новых методов защиты вымирающих видов, — подводит итоги профессор Эрвин Фрей (Erwin Frey), возглавивший исследования. — Кстати, наши выводы ничуть не противоречат практике: пару лет назад проводились подобные эксперименты над колониями бактерий, и в итоге неизменно выживал слабейший вид».
Отчет ученых был опубликован в журнале Physical Review Letters; с сайта Arxiv.Org можно скачать его полную версию.
Подготовлено по материалам EurekAlert!.