EcoSim es una simulación de ecosistema depredador-presa individual en la que los agentes pueden evolucionar. Ha sido diseñado para investigar varias cuestiones ecológicas amplias, así como patrones y procesos evolutivos a largo plazo como la especiación y la macroevolución. [1] [2] [3] [4] EcoSim ha sido diseñado por Robin Gras en la Universidad de Windsor en 2009 y todavía se utiliza actualmente para la investigación en su Laboratorio de Bioinformática y Simulación de Ecosistemas.
Conceptos principales
Los agentes tienen un modelo de comportamiento que permite que el proceso evolutivo modifique los comportamientos de los depredadores y presas. Además, existe un mecanismo de especiación que permite estudiar patrones globales así como patrones específicos de especies. En EcoSim, los datos genómicos de un individuo codifican su modelo de comportamiento y están representados por un mapa cognitivo difuso (FCM). El FCM contiene conceptos sensoriales como foodClose o predatorClose, estados internos como miedo o hambre, y conceptos motores como escapar o reproducirse. El FCM se representa como una matriz de valores de punto flotante que representan la medida en que un concepto influye en otro. Por ejemplo, se esperaría que el concepto sensorial predatorClose afectara positivamente al concepto interno miedo, que luego afectaría positivamente al concepto de motor de escape. Estas relaciones entre conceptos evolucionan con el tiempo, a veces dando un nuevo significado a un concepto. Además, el FCM es hereditario, lo que significa que un nuevo agente recibe un FCM que es una combinación del de sus padres con posibles mutaciones.
EcoSim se suscribe a la definición de "grupo genotípico" de una especie. [5] La especiación se ha implementado utilizando una técnica de algoritmo de agrupamiento de 2 medios diseñada para permitir la división de una especie existente en dos especies, agrupando los individuos que inicialmente pertenecían a la primera especie en una de las dos nuevas especies, cada una de las cuales contienen los agentes que son mutuamente los más similares. Dado que EcoSim tiene la capacidad de permitir que ocurran eventos de especiación, es posible rastrear eventos de especiación a lo largo de una ejecución de la simulación y construir el árbol filogenético real . [6]
Cada agente también posee varias características físicas tales como: edad máxima y actual, edad mínima para el apareamiento, velocidades máxima y actual, distancia de visión, niveles de energía máxima y actual y la cantidad de energía transmitida a la descendencia. La energía es proporcionada a los individuos por los recursos (pasto o carne) que encuentran en su entorno. Un agente consume algo de energía cada vez que realiza una acción y de forma proporcional a la complejidad (número de aristas) de su FCM. Si un individuo usa toda su energía, muere.
Una ejecución típica dura varias decenas de miles de pasos de tiempo. Cada paso de tiempo implica el tiempo necesario para que cada agente perciba su entorno, use su modelo de comportamiento para tomar una decisión, realice su acción y el tiempo para actualizar la pertenencia de la especie, incluidos los eventos de especiación y todos los parámetros mundiales. En una corrida típica, pueden nacer más de mil millones de agentes y pueden generarse varios miles de especies, lo que permite que surjan nuevos comportamientos y que los agentes se adapten a un entorno en constante cambio. Además, se ha implementado una cadena alimentaria que consta de tres niveles, productores primarios, depredadores y presas, lo que permite que se produzcan interacciones complejas entre agentes y coevolución. Todos los eventos, el estado mental y la acción de cada agente, se guardan para cada paso de tiempo de cada ejecución. Esto permite un análisis estadístico profundo de todo el sistema utilizando varias herramientas dedicadas que hemos concebido para extraer, medir y correlacionar cualquier hecho posible que pueda ser útil para comprender las propiedades subyacentes y emergentes del sistema. [7]
Publicaciones de investigación
Ya se han realizado varios estudios utilizando EcoSim. Por ejemplo, Devaurs y Gras [8] han analizado los patrones de abundancia de especies observados en las comunidades generadas por EcoSim, basándose en la serie de registros de Fisher. Este estudio muestra que las comunidades de especies generadas por la simulación siguen la misma ley logarítmica normal que las comunidades naturales y que EcoSim puede ayudar a evaluar el nivel general de diversidad de una comunidad determinada. En otros estudios se ha comprobado en [9] el comportamiento caótico del sistema con propiedades multifractales , así como también se ha observado en ecosistemas reales. Mashayekhi y Gras [10] investigaron el efecto de la distribución espacial y la información espacio-temporal sobre la especiación. En una investigación más reciente, Golestani et al. [11] investigó cómo los pequeños obstáculos físicos distribuidos aleatoriamente influyen en la distribución de poblaciones y especies, el nivel de conectividad de la población (por ejemplo, flujo de genes), así como el modo y el ritmo de la especiación.
Referencias
- ^ Gras, Robin; Devaurs D .; Wozniak A .; Aspinall A. (2009). "Una simulación de ecosistema depredador-presa en evolución basada en el individuo utilizando un modelo de comportamiento de mapa cognitivo difuso". Vida artificial . 15 (4): 423–463. CiteSeerX 10.1.1.618.6656 . doi : 10.1162 / artl.2009.Gras.012 . PMID 19463060 .
- ^ Nathalie, Osbore (2 de noviembre de 2011). "Naturaleza en números: los ecosistemas simulados proporcionan respuestas a preguntas biológicas" . International Science Grid esta semana .
- ^ An, Li (2011). "Modelado de decisiones humanas en sistemas acoplados humanos y naturales: revisión de modelos basados en agentes". Modelización ecológica . 229 : 25–36. doi : 10.1016 / j.ecolmodel.2011.07.010 .
- ^ McLane, Adam J .; Christina Semeniukb; Gregory J. McDermida; Danielle J. Marceau (2011). "El papel de los modelos basados en agentes en la ecología y la gestión de la vida silvestre". Modelización ecológica . 222 (8): 1544-1556. doi : 10.1016 / j.ecolmodel.2011.01.020 .
- ^ Mallet, J. (1995). "Una definición de especie para la síntesis moderna". Tendencias en ecología y evolución . 10 (7): 294–299. doi : 10.1016 / 0169-5347 (95) 90031-4 . PMID 21237047 .
- ^ Scott, Ryan; Gras R. (2012). Comparación de métodos de construcción de árboles filogenéticos basados en la distancia utilizando una simulación de ecosistema basada en individuos, EcoSim . La Decimotercera Conferencia Internacional sobre Síntesis y Simulación de Sistemas Vivientes (Vida Artificial 13) . págs. 105-110. CiteSeerX 10.1.1.401.5208 . doi : 10.7551 / 978-0-262-31050-5-ch015 . ISBN 9780262310505.
- ^ Stephen, Fields (2 de agosto de 2011). "Nuevos recursos aceleran las simulaciones de evolución de ecosistemas para informáticos" . Archivado desde el original el 4 de abril de 2015 . Consultado el 17 de julio de 2012 .
- ^ Devaurs, D .; Gras R. (2010). "Patrones de abundancia de especies en una simulación de ecosistema estudiado a través de las logseries de Fisher". Práctica y teoría del modelado de simulación . 18 : 100-123. CiteSeerX 10.1.1.739.5030 . doi : 10.1016 / j.simpat.2009.09.012 .
- ^ Golestani, A .; Gras R. (2010). "Análisis de regularidad de una simulación de ecosistema basada en individuos". Caos: una revista interdisciplinaria de ciencia no lineal . 20: 043120.
- ^ Mashayekhi, M .; Gras R. (2012). "Investigar el efecto de la distribución espacial y la información espacio-temporal sobre la especiación mediante la simulación de ecosistemas basados en el individuo". Revista de Computación . 2 : 98-103.
- ^ Golestani, A .; Gras R .; Cristescu M. (agosto de 2012). "Especiación con flujo de genes en un mundo virtual heterogéneo: ¿pueden los obstáculos físicos acelerar la especiación?" . Actas de la Royal Society B: Ciencias Biológicas . 279 (1740): 3055–3064. doi : 10.1098 / rspb.2012.0466 . PMC 3385488 . PMID 22513856 .
enlaces externos
- Página web de Ecosim
- Una página con algunos videos de EcoSim