23.06.2017
Редакция Naked Science

Эволюцию альтруизма описали на языке физики

Исследователи из Университета штата Мичиган описали механизмы возникновения кооперативного поведения на основе математической модели Изинга.

giphy
©Wikipedia

Кооперация характерна для многих животных. Так, вороны (Corvus corax) и голубые сороки (Cyanopica cyana) способны на взаимный альтруизм, а собаки (Canis lupus familiaris) и капуцины (Cebus) нетерпимы к несправедливости, которую наблюдают со стороны. При этом особенности подобного поведения нередко зависят от таксона, и эволюционные механизмы этой вариативности неясны. В частности, собственная значимость может быть неочевидна для отдельных особей эусоциальных видов — трутней, единственной функцией которых выступает оплодотворение пчелиной матки, или рабочих муравьев, перемещающих предметы в интересах гнезда.

 

В новой работе американские ученые рассмотрели эгоцентричное и кооперативное поведение живых организмов внутри популяций в качестве переключаемых фаз. По аналогии атомы, имеющие на внешнем энергетическом уровне один электрон, могут изменять его спин из условного положения «вниз» на положение «вверх» и наоборот. Этот механизм (для намагничивания материалов) описывается моделью Изинга и обусловливается одним из двух факторов: переключение происходит либо под воздействием внешнего магнитного поля, либо соседних атомов. В случае биологических систем роль магнитного поля исполняют экологические факторы.

 

Кроме того, при построении модели авторы учитывали дилемму заключенного — фундаментальную проблему теории игр. Она заключается в том, что один из изолированных подозреваемых, предположительно, совершивших преступление по сговору, может избежать наказания только в случае предательства при условии отказа второго от дачи показаний. Таким образом, наиболее продуктивной стратегией оказывается эгоцентричное поведение одного из агентов, тогда как при кооперации (взаимных молчании или предательстве) оба попадут в заключение. Модель предполагала серию «допросов» на фоне внешнего параметра (среды).

 

На первых этапах вероятность результата взаимодействия игроков носит характер случайности, но со временем стороны вырабатывают определенные стратегии. При увеличении числа агентов каждого из них можно представить как владельца горшка с монетами. Он регулярно делает выбор: сделать (и в каком объеме) вклад на общий счет или отказаться от него. В определенные моменты блага поровну распределяются между членами группы, которые в зависимости от решений каждого получают больше или меньше средств. Внедрение в модель внешних сил позволяло наказать эгоцентричный элемент или повлиять на всю популяцию.

 

Анализ показал, что баланс между кооперативным и эгоцентричным поведением во многом зависит от внешних, экологических факторов. Например, наказание игрока, который отказался вносить вклад, помогает стимулировать членов группы на сотрудничество. Модель Изинга для размерностей выше первой, в свою очередь, предполагает, что в случае ферромагнетиков выравнивание спинов произойдет при достаточно высоких температурах, а охлаждение материала ориентирует большинство спинов в одном направлении. По мнению ученых, сочетание физики и теории игр может помочь в изучении многих эволюционных механизмов.

 

Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.org.

 

Ранее задачи на распределение благо использовались для оценки наследуемости доверия и скептицизма.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

Вчера, 13:37
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

Вчера, 13:46
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

20 октября
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: