Что предотвращает перенаселение хищников?

Нет, я не думаю, что саморегуляция многое объясняет в размерах популяций хищников. Групповой отбор может объяснить такую ​​саморегуляцию, но я не думаю, что это имеет какое-то существенное значение для нашего обсуждения.

Короткий ответ, как сказал @shigeta

[хищники], как правило, умирают от голода, потому что их слишком много!

Чтобы лучше понять, что сказал @shigeta, вам будет интересно понять различные модели взаимодействия «жертва-хищник» или «потребитель-ресурс». Например, знаменитые уравнения Лотки-Вольтерра описывают динамику популяций двух сосуществующих видов, один из которых является добычей, а другой — хищником. Давайте сначала определим некоторые переменные…

• $x$: Количество жертв
• $y$: количество хищников
• $t$: время
• $\alpha$,$\beta$,$\xi$а также$\gamma$параметры, описывающие, как один вид влияет на размер популяции другого.

Уравнения Лотки-Вольтера:

Вы можете показать, что для некоторых параметров матрицы для этих уравнений имеют комплексное собственное значение, означающее, что долгосрочное поведение этой системы является циклическим (периодическим поведением). Если вы смоделируете такие системы, вы увидите, что размеры популяций двух видов колеблются следующим образом:

где синяя линия представляет хищников, а красная линия представляет жертвы.

Представление тех же данных в фазовом пространстве, то есть с размером популяции двух видов на осях.$x$а также$y$Вы получаете:

где стрелки показывают направление движения системы. Если численность популяции хищников ($y$) достигает 0 (погасание), то$\frac{dx}{dt} = x(\alpha - \beta y)\space$становится$\frac{dx}{dt} = x\alpha \space$(какое общее решение$x_t = e^{\alpha t}x_0$), и поэтому популяции жертв будут расти в геометрической прогрессии. Если размер популяции жертв ($x$) достигает 0 (погасание), то$\frac{dy}{dt} = -y(\gamma - \xi x)\space$становится$\frac{dy}{dt} = -y\gamma \space$, и поэтому популяция хищников будет уменьшаться в геометрической прогрессии.

Следуя этой модели, ваш вопрос на самом деле таков: почему параметры$\alpha$,$\beta$,$\xi$а также$\gamma$не «установлены» таким образом, что хищники вызывают вымирание жертв (и, следовательно, их собственное вымирание)? Точно так же можно было бы задать противоположный вопрос? Почему жертвы не эволюционируют, чтобы убежать от хищников, чтобы популяция хищников раздавилась?

Как показано, вам не нужна сложная модель, чтобы допустить сосуществование хищников и жертв. Вы могли бы более точно описать свою модель в другом посте и спросить, почему в вашей модели жертвы всегда вымирают. Но есть множество возможностей сделать вашу модель более реалистичной, например, добавить пространственные неоднородности (например, места, где можно спрятаться, как предложил @AudriusMeškauskas). Можно также учитывать другие трофические уровни, стохастические эффекты, изменяющееся давление отбора во времени (и другие типы уравновешивающего отбора), возраст, пол или уровень смертности в зависимости от здоровья из-за хищничества (например, хищники могут нацеливаться преимущественно на молодых или больных особей), несколько конкурирующих видов и т. д.

Я также хотел бы поговорить о других вещах, которые могут представлять интерес в вашей модели (две из них требуют, чтобы вы разрешили эволюционные процессы в вашей модели):

1) отбор по происхождению : хищники, которые едят слишком много, в конечном итоге исчезают, потому что они привели к вымиранию их жертв. Эта гипотеза не имеет ничего общего с некой саморегуляцией на благо видов. Конечно, вам понадобится несколько видов хищников и жертв в вашей модели. Обычно считается, что такого рода гипотезы вряд ли имеют какую-либо объяснительную силу.

2) Принцип жизни-ужина . Пока волк бежит на обед, кролик бежит спасать свою жизнь. Следовательно, на кроликов оказывается более высокое давление отбора, в результате чего кролики бегают в среднем немного быстрее, чем волки. Этот эволюционный процесс защищает кроликов от вымирания.

3) Вы можете рассмотреть ..

• более одного вида жертв или хищников
• неоднородность окружающей среды
• частичное перекрытие ареалов между хищниками и жертвами
• Когда один вид отсутствует, модель ведет себя точно так же, как экспоненциальная модель. Возможно, вы захотите создать модель логистического роста для каждого вида, включив$K_x$а также$K_y$грузоподъемность каждого вида.

• Добавление хищника (или паразита) к интересующим видам хищников

  ... и вы можете получить совсем другие результаты.

Ответ Remi.b отличный, и его следует рассматривать как дополнение к нему:

Возможно, ваша симуляция верна

Уравнения Лотки-Вольтерры известны как детерминированная модель и описывают поведение систем хищник-жертва (в несколько упрощенном виде) в больших популяциях . Небольшие популяции подвержены так называемому стохастическому вымиранию — по мере того, как кривые хищника и жертвы приближаются к своему минимуму, они могут предсказать популяцию меньше 1, которая в действительности равна либо 0 , либо 1, а когда она равна 0... ну, кто-то вымер.

Скорее всего, ваша симуляция относится к небольшой популяции, и если это симуляция, а не исчисление, вы должны увидеть эти стохастические эффекты (конечно, если ваша симуляция отслеживает целых животных, а не непрерывных животных, и случайный шанс равен участие, это будет то, о чем вам придется беспокоиться).

В аналогичной модели, с которой я работал, это довольно простая адаптация модели LV, которая детерминистически должна привести к стабильной системе, как на картинке Remi.b, хищники вымирают в 20% случаев, а жертвы 80% времени.

Одна из возможных корректировок этих математических моделей - ввести «место, где можно спрятаться», сделав некоторый (небольшой) процент популяции жертв недоступным (или гораздо более труднодоступным) для хищников. После того, как количество хищников уменьшается из-за голода, особи-жертвы находятся в относительной безопасности за пределами «места, где можно спрятаться» и могут вырасти за этот предел, прежде чем количество хищников снова увеличится.

Вам нужно добавить кривые Белла в вашу симуляцию. Самая важная кривая для моделирования — это качество питания жертвы, хотя есть еще много кривых, таких как скорость и мужественность как для добычи, так и для хищников. Природа использует множество кривых Белла, поэтому они должны быть полезны для чего-то, например, для смягчения резких эффектов чистого экспоненциального роста. Я подозреваю, что чем больше кривых Белла вы реализуете, тем более стабильной станет ваша популяция.

Если пищевая ценность вашей добычи одинакова, то у ваших хищников нет причин не есть все до последней. Это то, что я делаю с тарелкой, полной продуктов, одинаково вкусных и с достаточным избытком, чтобы всю плохую еду можно было выбросить в мусорное ведро. Проблемы возникают, когда вы вынуждены есть мусор, потому что больше нечего есть.

Давайте съедим нашу добычу со всех трех сторон кривой. Если мы едим самых слабых и легкодоступных слева, это делает популяцию жертв сильнее и устойчивее к хищнику. Если мы едим то, что чаще всего встречается наверху, добыча отскакивает быстрее. Если мы едим из наиболее желаемого справа, быстрое качественное (но не мужественное) сокращение популяции добычи имеет серьезные негативные последствия для здоровья хищников. Обратите внимание, что каждое направление, в котором мы едим, имеет в качестве ответа необходимое корректирующее действие против хищника. Из-за дикой случайности генетики слабая популяция всегда может восстановиться в качестве, когда давление хищников ослабнет. Похоже, Природа и тут не напортачила.

Простой пример можно увидеть в человеческом и растительном питании. Население должно расти без ущерба, поскольку мы производим все больше и больше продуктов питания, и это произойдет, если качество останется прежним. Население растет, но из-за того, что качество питания продолжает падать, вред быстро увеличивается на многочисленных диаграммах здоровья и населения.

Когда растения вынуждены обходиться тем немногим, что у них есть, вы вынуждены обходиться тем немногим, что они дают.

Это сводится к одной основной причине: конкуренции.

Животные, как правило, не любят делиться ресурсами с прямыми конкурентами, но это насилие над едой, территорией и, в случае внутривидовых отношений, правами на размножение кажется тем более экстремальным, чем выше вы поднимаетесь по пищевой цепочке.

Отличный пример этого касается пумы. Доминантный кот в Монтане, например, правит территорией, которая легко может превышать сотню квадратных миль. Эта территория в несколько раз больше, чем ему нужно только для того, чтобы прокормиться, так почему же она такая большая? Это довольно просто: права на разведение. В пределах его территории в сотню или около того квадратных миль есть земли, которые также используются двумя или тремя самками и детенышами, которых он родил вместе с ними. Другие пумы входят на свой страх и риск, так как он был бы более чем счастлив выгнать их или убить. Та же участь постигнет любого из его сыновей, достигших зрелости, поэтому они либо рассеются по неизведанным землям, либо погибнут, пытаясь. В результате рассредоточенные самцы, естественно, часто умирают у большинства видов.

Самки также защищают свои территории, но, поскольку им невыгодно иметь несколько потенциальных партнеров для размножения, их земли не такие большие (может быть, сорок квадратных миль или меньше), достаточно большие, чтобы держать их и их потомство в безопасности и хорошо кормить. со всеми оленями, лосями, койотами и/или снежными рогами, которые им нужны, в дополнение к более мелкой добыче. Рассеянным потомкам женского пола легче найти территорию, чем их братьям, и из-за этого у них меньше шансов широко расселиться.

Чтобы ответить на ваш вопрос, хищники сами регулируют свою популяцию, часто насильственно. В стабильной экосистеме их достаточно, чтобы контролировать свою добычу, но из-за факторов недвижимости, прав на размножение и взаимодействия с другими хищными видами они просто не перенаселены.

Чего вы упускаете, так это того, что не всю добычу одинаково легко поймать. Старых больных животных, живущих в незащищенных местах, поймать гораздо легче, чем молодых, здоровых и обитающих в хорошо защищенных местах. По мере того, как хищник ловит легкое мясо, ему становится все труднее и труднее добывать еду.

Если я пропустил это в одном из других ответов, я извиняюсь, но я не верю, что кто-то упомянул очень важный факт о некоторых хищниках, который напрямую влияет на их популяции в любой момент времени. Дело в том, что волки и, вероятно, другие хищники, живущие стайной группировкой, позволяют спариваться только альфа-самцу и самке. Это, очевидно, сильно ограничивает количество потомков, рождающихся каждый год, а также оставляет стаю уязвимой для катастрофы, когда что-то случается с одним или обоими альфами. Этот способ саморегуляции не зависит от наличия пищи, поэтому работает как в годы изобилия, так и в годы голода.