Математик РУДН определил условия сосуществования трех видов в дикой природе
В дикой природе разные виды конкурируют между собой за пищу и ареал обитания. Иногда «победители» сменяют друг друга в определенной очереди, иногда — хаотично. В зависимости от этого численность видов изменяется в пространстве и времени по некоторому шаблону — паттерну. Для поддержания биоразнообразия важно понимать, по каким законам это происходит. Существующие исследования, в основном, изучают двувидовые модели — когда в системе соперничают только два вида, обычно — «хищник» и «жертва». Математик РУДН совместно с коллегами из Индии и Франции впервые подробно исследовал формирование паттернов в модели с тремя видами.
«Лишь немногие исследования пространственно-временной динамики биоразнообразия нацелены на модели циклической конкуренции с тремя или более видами. К тому же, насколько нам известно, в литературе не существует ни одного исследования, в котором бы явно изучалось формирование неподвижных паттернов в циклических моделях конкуренции трех видов», — доктор физико-математических наук Виталий Вольперт, директор междисциплинарного научного центра «Математическое моделирование в биомедицине» РУДН.
Для описания модели с тремя конкурирующими видами математики использовали систему уравнений типа «реакция-диффузия». Она состоит из трех дифференциальных уравнений с тремя неизвестными — плотностью населения трех видов. Все три неизвестных связаны между собой через коэффициенты диффузии — они показывают, насколько изменение численности одного вида влияет на остальные. В модель также введены коэффициенты, которые определяют внутренние свойства видов -, например, скорость размножения и передвижения. Математики РУДН исследовали систему аналитически — нашли условия формирования паттернов, а также численно — провели компьютерную симуляцию модели.
В результате математики получили широкий спектр возможных паттернов — неподвижных, периодических, хаотичных. Отдельно рассмотрели случай, когда паттерн не формируется вовсе. Какой именно вариант реализуется — зависит от параметров системы: коэффициентов диффузии и внутривидовых характеристик. Например, в случае если изначально виды распределены по системе равномерно, но коэффициенты межвидовой диффузии цикличны (то есть первый вид больше влияет на второй, второй на третий, а третий — на первый), то со временем устанавливаются периодичные колебания численности. Если один из коэффициентов диффузии достаточно большой, то паттерн затем нарушается — в результате выживает один вид, а остальные два вымирают.
«С экологической точки зрения большие значения коэффициента диффузии делают один вид превосходящим конкурентом. Это в итоге разрушает устойчивое колебательное сосуществование, и этот вид становится единственным выжившим. Исчезновение одного или нескольких видов из-за конкуренции — знаковая характеристика моделей многовидовой конкуренции. Конкретный сценарий вымирания определяется параметрами внутри- и межвидовой конкуренции для моделей с однородным распределением популяций», — доктор физико-математических наук Виталий Вольперт, директор междисциплинарного научного центра «Математическое моделирование в биомедицине» РУДН.
Исследование опубликовано в журнале Bulletin of Mathematical Biology
В прошлом материале мы рассказали о конкурсах для учёных, направленных на выполнение НИР/НИОКР. В этой статье расскажем ещё об одном гранте и о том, как правильно подать заявку на конкурс.
В РУДН уже шесть лет проводится несколько грантовых конкурсов, ориентированных на исследователей разного уровня — от молодых специалистов до ведущих учёных вуза. Они охватывают как индивидуальные проекты, так и работу в составе научных коллективов. В этом материале мы расскажем о конкурсах на выполнение НИР/НИОКР и дадим советы о том, как правильно оформить и подать заявку.
Всего несколько лет в РУДН работает лаборатория ресурсосберегающих технологий и микропластика, однако её коллектив уже добился впечатляющих результатов. Проводимые здесь исследования направлены на создание экологичных материалов, разработку новых методов синтеза и переход к устойчивому будущему.