數學模型:精準揭開環境對鮭魚的生命之謎
東京都立大學的研究人員創建了一個數學模型,該模型模擬了生物的進化策略如何受到環境的影響。他們研究了鮭魚科魚類,這些魚類根據其個體特徵選擇遷移到大海然後返回產卵,或者留在河流中。
這項工作發表於《種羣生態學》雜誌。
他們的模型正確地預測了選擇遷移的比例如何隨環境條件變化,還預測了環境變化如何引發生態進化反應。
鮭魚科(或類似鮭魚的)魚類在生命早期就面臨艱難選擇。
這些魚賴以生存的策略差異極大,這種共存的情況可能會對其種羣的進化產生複雜的影響,特別是考慮到它們與環境的相互作用,以及這可能如何影響個體特徵,並導致選擇不同途徑的比例發生變化。
雖然這種差異在動物界並不罕見,但這種情況對種羣進化的影響方式還沒有被完全弄清楚。
爲了更深入地瞭解這個問題,日本氣象協會的 Jun-nosuke Horita 和東京都立大學的助理教授 Yuuya Tachiki 所帶領的一組科學家建立了一個數學模型,該模型結合了一種特定鮭魚——雌性馬蘇鮭魚的已知特徵,並研究了在存在替代策略的情況下,種羣如何隨時間變化。
雌性馬蘇鮭魚有三種策略可用。
它們可以一生都待在出生的那條河流裡(留居型),也可以在一年後遷移到海洋中(早期遷移型),或者在生命的後期遷移(晚期遷移型)。
爲求簡便,他們將鮭魚建模爲留居型或早期遷移型,並納入了大麻哈魚種羣統計學的已知特徵,例如每個個體產卵的數量及其存活率。一個關鍵特徵在於納入了大小分佈情況,因爲在生命早期體型較小的個體更有可能選擇遷移路線。
藉助他們的模型,該團隊得以表明存在着廣泛的參數範圍,在這個範圍內種羣保持穩定。重要的是,他們能夠識別出一系列條件,在這些條件下替代策略開始生效。
他們發現,生存條件不佳的河流環境與富饒的海洋環境相結合,使得不同遷徙策略出現的可能性更大。重要的是,這正是在自然界中所看到的。
他們還能夠研究那些否則可能很難去考慮的極端情況。例如,當艱難的遷徙過程中的存活率下降到某一程度以下時,會突然發生轉變,致使整個種羣成爲常駐種羣。
預測種羣如何選擇不同遷徙策略的能力對於理解生態進化十分重要,反之亦然,也就是說環境變化如何影響生物的生存。