Эволюцию альтруизма описали на языке физики — Naked Science
23.06.2017
6 минут
Редакция
133

Эволюцию альтруизма описали на языке физики

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

giphy

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.

Позавчера, 14:48
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

Вчера, 13:27
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Позавчера, 15:17
1 минута
Илья Ведмеденко

Специалисты показали устройство подводной лодки типа Gator, или SDV Mk.8 Mod 0. Она предназначена для доставки бойцов формирования специального назначения SEAL к цели.

19 января
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

Вчера, 13:27
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Позавчера, 14:48
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: