Физики выяснили, что успех популяции в конкуренции зависит не только от приспособленности
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Исследование физиков Массачусетского технологического института показало, что при конкуренции растущих популяций успех зависит не только от репродуктивного преимущества. Работа Серхио Эрасо и Мехрана Кардара, опубликованная в Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (JSTAT), использует математические модели для описания того, как разные популяции вытесняют друг друга. Вдохновением послужили эксперименты с бактериальными колониями, где изначально смешанные популяции разделялись на отдельные секторы. Об этом пишет сайт Phys.org.
Модель сочетает уравнение KPZ, описывающее эволюцию шероховатых границ роста, и уравнение Фишера из эволюционной биологии. Уравнение KPZ появилось в 1986 году, его авторы — Кардар, Джорджо Паризи и И-Чжан Чжан. Кардар получил медаль Больцмана за вклад в неравновесную статистическую физику в 2025 году. Исследователи различают конкурентное преимущество и скорость расширения: популяция может побеждать в локальной конкуренции, но медленно распространяться.
В зависимости от баланса этих факторов модель даёт три формы фронта: округлый выступ, составной выступ с наклонными сторонами и V-образную впадину. В случае впадины популяция с более высоким репродуктивным преимуществом продолжает вытеснять конкурента с боков, но отстаёт в центре из-за низкой скорости роста. По словам Эрасо, большая скорость не обязательно обеспечивает успех при заселении новой территории. Кроме того, менее приспособленная популяция может сохраняться, если стартует с благоприятной позиции — например, на пике или выступе.
Теоретическая модель воспроизводит формы фронтов, наблюдавшиеся в экспериментах с микробными колониями. Авторы не утверждают, что механизмы совпадают полностью, но показывают, что различий в конкурентоспособности и скорости роста достаточно. Исследование также предсказывает, что пространственная структура оставляет измеримый след в распределении приспособленности. Экспериментаторы теперь могут проверить, работают ли эти же механизмы в реальных популяциях.
