Эволюцию альтруизма описали на языке физики — Naked Science
6 минут
Редакция

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.
21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

Вчера, 10:07
6 минут
Сергей Васильев

Первые сейсмические данные о внутренней структуре Красной планеты показали ее удивительно толстую кору и большое расплавленное ядро.

Вчера, 16:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению американского предпринимателя, современные технологии позволяют строить безопасные атомные электростанции. Предубеждение общественности не должно становиться преградой на пути развития сферы.

21 июля
22 минуты
Александр Березин

Существующие континенты движутся к слиянию в один — это лишь вопрос времени, считают большинство исследователей. Группа ученых решила выяснить, что будет с обитаемостью Земли после того, как это слияние завершится. Как оказалось, температура на планете существенно вырастет при любом исходе. Но в случае формирования одного из двух возможных суперконтинентов на суше станет намного холоднее. Если возникнет второй суперконтинент, доля обитаемой твердой поверхности, напротив, возрастет. Почему так получается и что из этого следует?

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

18 июля
5 минут
Илья Ведмеденко

Представлены первые фотографии перспективного российского боевого самолета, премьера которого состоится на грядущем авиасалоне МАКС. Ранее мы уже могли видеть новую машину, однако ее скрывал защитный чехол.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: