Jaunais evolūcijas modelis beidzot atklāj, kā attīstās sadarbība

Viens no lielākajiem neatbildētajiem jautājumiem bioloģijā ir tas, kāpēc organismi ir attīstījušies, lai sadarbotos. Sadarbības ilgtermiņa ieguvumi ir nepārprotami — apskatiet, piemēram, neparastās struktūras, ko veido termīti, vai cilvēku radīto sarežģīto sabiedrību.

Taču evolūcija ir nejaušs process, kura pamatā ir īstermiņa priekšrocības, kas parādās katrā paaudzē. Protams, indivīdi var sadarboties vai rīkoties savtīgi, un tas ļauj viņiem uzkrāt labumus vai ciest izmaksas atkarībā no apstākļiem. Taču tas, kā šī uzvedība var izplatīties un novest pie ilgtermiņa sadarbības kā dominējošās uzvedības rašanās, ir mīkla, kas evolūcijas biologus ir mulsinājusi gadu desmitiem.

Šodien tas varētu mainīties, pateicoties Christoph Adami un Arend Hintze darbam Mičiganas štata universitātē East Lansing. Viņi ir izveidojuši vienkāršu matemātisko modeli, izmantojot labi saprotamus fiziskos principus, lai parādītu, kā sadarbība rodas evolūcijas laikā.

Viņu modelis liecina, ka līdzsvars starp sadarbību un savtīgu uzvedību, ko sauc par defekciju, var iziet straujas fāzes pārejas, kurās indivīdi saskaņo savu uzvedību ar saviem kaimiņiem. Vēl vairāk, izšķirošs faktors izrādās sodīšanas process. Adami un Hintze saka, ka sods darbojas kā magnētiskais lauks, kas noved pie 'saskaņošanas' starp spēlētājiem, tādējādi veicinot sadarbību.

Šī jaunā pieeja var mainīt veidu, kā evolucionārie biologi, ekonomisti un datorzinātnieki domā par sadarbību un sodu lomu tās veicināšanā.

Vispirms nedaudz fona. Plašs parādību loks ir atkarīgs no daudzu atsevišķu dalībnieku plaša mēroga uzvedības. Piemēram: ekonomika, slimību izplatība, evolūcija, Brauna kustība, magnetizācija, lai nosauktu tikai dažus.

Dažos gadījumos aktieri ir salīdzinoši vienkārši. Piemēram, magnetizācijā dalībnieki ir atsevišķi atomi ar griešanos, kas var būt uz augšu vai uz leju un kas mijiedarbojas ar saviem kaimiņiem.

No pirmā acu uzmetiena veids, kā milzīgs skaits atomu mijiedarbojas magnētiskajā materiālā, šķiet sarežģīts ārpus iztēles. Bet ir salīdzinoši vienkāršs matemātiskais modelis, ko sauc par Ising spin modeli, kas intuitīvi izskaidro magnētisko domēnu veidošanos.

Šajā modelī atomi var griezties uz augšu vai uz leju un ietekmēt savus kaimiņus. Vienkāršākajā gadījumā atomi režģī sākas ar griešanos nejaušos virzienos. Bet viņi var apgriezt savus griezienus tādā veidā, kas ir atkarīgs no viņu kaimiņu griezieniem. Ārējais magnētiskais lauks var arī izraisīt griešanās izlīdzināšanos, ja temperatūra ir zem kāda kritiskā līmeņa.

Izmantojot šo modeli, fiziķi var izpētīt apstākļus, kādos rodas domēni, kuros visiem atomiem ir vienāds spins. Viņi var arī izpētīt, kā tas ir atkarīgs no vides faktoriem, piemēram, temperatūras un ārējā magnētiskā lauka.

Jautājums, ko Adami un Hintze pēta, ir par to, vai Ising griešanās modelis var nedaudz izskaidrot sadarbības attīstību.

Lai to noskaidrotu, viņi izveidoja Isingas griešanās modeli, kurā katrs atoms mijiedarbojas ar saviem kaimiņiem, vai nu sadarbojoties, vai defektējot ieslodzīto dilemmas spēlē. Šajā spēlē starp diviem atomiem katrs spēlētājs var vai nu sadarboties, vai sabojāt un pēc tam saņemt izmaksu, kas ir atkarīga no otra spēlētāja uzvedības.

Spēlētāji saņem atlīdzību, ja viņi abi sadarbojas, bet neko, ja abi pārkāpj. Tomēr dilemma rodas tāpēc, ka vislielākā izmaksa tiek piešķirta spēlētājam, kurš pārkāpj, kamēr pretinieks sadarbojas, un tad viņš neko nesaņem.

Spēles beigās katrs atoms var mainīt savu stratēģiju uz sava kaimiņa stratēģiju vai nē, atkarībā no tā, cik veiksmīgs ir bijis kaimiņš.

Sākumā stratēģiju sadalījums ir nejaušs. Bet laika gaitā šim procesam vajadzētu novest pie veiksmīgu stratēģiju izplatīšanās līdzīgā procesā magnētisko domēnu veidošanai un izplatībai.

Adami un Hinces darbs ir šī procesa termodinamikas izpēte, apstākļi, kādos izplatās sadarbība.

To rezultāti padara aizraujošu lasīšanu. Izrādās, ka sadarbības un atkāpšanās stratēģijas ir smalkā līdzsvarā, taču dažos apstākļos notiek fāzes pāreja, kurā sadarbība izplatās pa iedzīvotājiem kā meža ugunsgrēks. Patiešām, Adami un Hince saka, ka šajā ziņā pastāv formāla matemātiska līdzība ar magnētismu.

Viņi arī vispārina sistēmu, iekļaujot vairāk atomu, kas spēlē labi zināmo sabiedrisko preču spēli. Šajā spēlē katram spēlētājam ir naudas pods, un viņam ir jāizlemj, cik daudz ielikt valsts makā, kur tas tiks reizināts ar kādu skaitli, kas lielāks par 1. Pēc tam tas tiek pārdalīts visiem spēlētājiem vienādi.

Acīmredzot spēlētājiem ir vislielākais ieguvums, ja viņi visi ieliek visu savu naudu valsts makā. Taču viens spēlētājs var iegūt vairāk, neko neieguldot un gūstot atlīdzību.

Adami un Hince arī ievieš sodu. Tātad atomi, kas nesniedz ieguldījumu, var ciest no izmaksām.

Šajā gadījumā sodam ir dziļa ietekme. Pētnieki saka, ka sods darbojas kā magnētiskais lauks, kas veicina griezienu izlīdzināšanu.

Tas ir interesants rezultāts. Tas nozīmē, ka ar uzvedību var manipulēt plašā mērogā, ieviešot noteiktas izmaksas. Tas arī nozīmē, ka rezultātu var modelēt, izmantojot salīdzinoši vienkāršu fiziku.

Interesanti, ka fiziķi ir izstrādājuši plašu metožu klāstu, lai ļoti detalizēti izpētītu šāda veida griešanās sistēmas. Adami un Hinces darba lielākā nozīme ir tā, ka šo matemātisko iekārtu tagad var izmantot sadarbības problēmas risināšanā.

Tam vajadzētu sniegt plašāku ieskatu ne pārāk tālā nākotnē. Un tam varētu būt milzīga ietekme uz to, kā sociologi, ekonomisti un politikas veidotāji domā par sabiedrības būtību un veidu, kā ar to var manipulēt nākotnē.

Atsauce: arxiv.org/abs/1706.03058 : Evolūcijas spēļu termodinamika

paslēpties