Nel 1975, R.M. May e W.J. Leonard hanno utilizzato per la prima volta il gioco sasso-carta-forbici per modellare scenari ecologici in cui tre specie si dominano ciclicamente a vicenda:una specie domina una seconda specie, la seconda specie domina una terza specie, e la terza specie domina la prima specie. Il gioco funziona bene, Per esempio, per la modellazione di diversi ceppi di ciclicamente dominanti E. coli batteri.

Tradizionalmente, il modello sasso-carta-forbici presuppone che tutte e tre le specie abbiano uguale forza. Ma cosa succede se una delle specie è più debole delle altre due? Tale scenario può verificarsi in natura, Per esempio, dovute a variazioni stagionali che riducono la capacità di una certa specie di competere con altre specie.

In un nuovo documento, professore associato Josinaldo Menezes, studente laureato Tibério Pereira, e lo studente universitario Bia Moura presso l'Università Federale del Rio Grande do Norte in Brasile hanno affrontato questa domanda eseguendo più di un milione di simulazioni di un modello sasso-carta-forbici in cui una specie attacca meno di quanto viene attaccata. Il modello aiuta a spiegare come viene mantenuta la coesistenza tra specie diverse nonostante i diversi punti di forza delle specie.

"I risultati ci dicono che il motivo per cui le specie possono coesistere, anche se uno di loro è più debole, è la speciale configurazione di selezione del modello sasso-carta-forbici, "Pereira ha detto Phys.org .

Il modello funziona in modo leggermente diverso rispetto al modello originale sasso-carta-forbici quando implementato come caso speciale del modello May-Leonard. Individui, che sono posti su una griglia, può svolgere tre possibili interazioni, non importa a quale delle tre specie appartengano. Le tre interazioni sono selezione, mobilità, e riproduzione. La selezione è come uccidere, in cui un individuo di una specie può annientare un individuo vicino della specie che domina. Per la mobilità, un individuo di una specie può scambiarsi di posto con un individuo vicino della specie che domina, o spostarsi in uno spazio vuoto vicino. Per la riproduzione, un individuo di una specie può popolare uno spazio vicino vuoto con un altro individuo della sua specie.

Nella simulazione, gli individui di ciascuna specie sono distribuiti casualmente su una griglia. Un individuo viene selezionato a caso, e quindi uno degli otto siti vicini (occupato o vuoto) viene selezionato casualmente. Successivamente una delle tre interazioni (selezione, mobilità, o riproduzione) è scelto a caso. L'individuo prescelto svolge l'interazione, se possibile. In alcuni casi, l'interazione non è possibile:ad esempio, il sito vicino deve essere occupato da un individuo della specie corretta (quello dominato) perché avvenga la selezione, e il sito limitrofo deve essere vuoto affinché la riproduzione abbia luogo.

Per rendere una specie più debole delle altre due, i ricercatori hanno dato a una specie una probabilità inferiore di ottenere l'interazione di selezione. I risultati delle simulazioni hanno mostrato che, contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, la specie più debole non muore necessariamente. Anziché, per alcuni livelli di debolezza, la specie più debole domina inizialmente la quasi totalità del territorio. Questo accade perché, poiché la specie più debole seleziona (cioè, uccide) meno individui della specie che domina, questa specie cresce e, a sua volta, limita la crescita della terza specie. Poiché questa terza specie domina la specie più debole, la sua crescita limitata permette alle specie più deboli di crescere.

Per queste ragioni, ricerche precedenti hanno dimostrato che le specie più deboli possono sempre dominare, anche nel lungo periodo. Però, qui i ricercatori hanno trovato qualcosa di diverso.

"Siamo rimasti sorpresi perché la specie più debole non vince necessariamente il gioco irregolare sasso-carta-forbici, come era noto in letteratura, " disse Menezes. "Abbiamo scoperto che, in simulazioni di tipo May-Leonard, la specie vincitrice dipende dalla mobilità e dalla forza della specie più debole."

Col tempo, appaiono nuovi modelli che mostrano esattamente come le diverse specie coesistono nello spazio. In particolare, modelli a spirale emergono e viaggiano come onde fino a incontrarsi, a quel punto risultano in tutte e tre le specie coesistenti in piccole colonie. È più probabile che gli schemi a spirale e la conseguente coesistenza si verifichino su griglie più grandi, poiché ciò aumenta la mobilità di tutte le specie e consente alle specie di entrare in contatto tra loro.

"Belle onde a spirale emergono quando il reticolo è quasi dominato da una singola specie, " ha detto Moura. "La formazione di modelli spaziali a spirale è completamente diversa dal modello standard di sasso-carta-forbici. Ci aspettiamo che i nostri risultati possano essere utili agli ecologisti perché descrivono e quantificano i modelli che sono cruciali per capire come coesistono tali specie».

I risultati hanno anche rivelato che la convivenza ha i suoi limiti:quando la forza della specie più debole è inferiore a circa un terzo della forza delle altre due specie, la probabilità di coesistenza diminuisce notevolmente.

Nel futuro, i ricercatori intendono indagare su scenari più complessi, come i sistemi biologici adattativi, dove una specie può modificare le probabilità di interazione per garantirne la sopravvivenza. Hanno anche in programma di esplorare come le interazioni biologiche possono bilanciare le relazioni irregolari tra le specie, così come gli effetti di malattie e altri predatori.

"Miriamo a capire come un focolaio di malattia o una mediazione di predatori comuni aumenti le possibilità di coesistenza nel modello irregolare sasso-carta-forbici, " disse Menezes.

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