Кіріспе

Мінез-құлық экологиясы моделі

Оптималды азық іздеу теориясы (OFT) – жануардың тамақ іздеу кезіндегі мінез-құлқының қалай болатынын болжауға көмектесетін мінез-құлық экологиясының моделі. Тамақ алу жануарға энергия бергенімен, оны іздеу мен ұстау энергия мен уақытты қажет етеді. Жануар өзінің сәйкестігін барынша арттыру үшін ең төменгі шығынмен ең көп пайда (энергия) беретін, алған таза энергияны максималдайтын азық іздеу стратегиясын қабылдайды. OFT жануардың осы мақсатқа жетуі үшін қолданатын ең жақсы стратегияны болжауға көмектеседі. OFT – бұл оптималдық модельдің экологиялық қолданылуы. Бұл теория бойынша, табиғи іріктеу арқылы түрде ең тиімді азық іздеу үлгісі іріктеледі. OFT-ні азық іздеу мінез-құлқын модельдеу үшін қолданғанда, организмдер "валюта" деп аталатын айнымалыны максималдайды, мысалы, бірлік уақытқа ең көп тамақ. Сонымен қатар, қоршаған ортаның шектеулері де ескерілуі тиіс басқа айнымалылар болып табылады. Шектеулер – бұл азық іздеушінің валютаны максималдау мүмкіндігін шектейтін факторлар. Оптималды шешім ережесі немесе организмнің ең жақсы азық іздеу стратегиясы – қоршаған ортаның шектеулерінде валютаны максималдайтын шешім ретінде анықталады. Оптималды шешім ережесін анықтау – OFT-нің басты мақсаты. OFT-нің биологиялық эволюциямен байланысы соңғы онжылдықтарда қызығушылық тудырды. Халық деңгейіндегі оптималды азық іздеу мінез-құлқы туралы зерттеулер эволюциялық туу-өлім динамикасы модельдерін пайдаланды. Бұл модельдер белгілі бір жағдайларда "валюта" сияқты объективті функциялардың бар екенін растаса да, олар халықтың жоғары өзара әрекеттесуі сияқты басқа шектеулерде олардың қолданылуына қатысты сұрақтар тудырады.

Оптималды азық табу моделін құру

Оптималды азық іздеу моделі жануарлардың азық іздеу кезінде өмір сүруге қабілеттілігін қалай барынша арттыратыны туралы сандық болжамдар жасайды. Модельді құру процесіне валюта, шектеулер және азық іздеуші үшін тиісті шешім қағидасын анықтау кіреді. Валюта – жануардың оңтайландыратын бірлігі. Бұл сондай-ақ осы жануарға тиетін шығындар мен пайдалар туралы гипотеза. Мысалы, белгілі бір азық іздеуші тамақтан энергия алады, бірақ тамақ іздеуге кеткен шығынға ұшырайды: іздеуге жұмсалған уақыт пен энергия басқа да іс-әрекеттерге, мысалы, жұптасуға немесе жастарды қорғауға жұмсалуы мүмкін. Жануардың ең қолайлысы – пайдасын ең төмен шығынмен барынша арттыру. Осылайша, осы жағдайда валютаны уақыт бірлігіне шаққандағы таза энергия пайдасы деп анықтауға болады. Сонымен қатар, пайда мен шығындар азық іздеушінің қоғамдастығына байланысты болуы мүмкін. Мысалы, ұяда өмір сүретін азық іздеуші, өзі үшін емес, өз колониясының тиімділігін арттыратын тәсілмен азық іздейді. Валюта мен шектеулер туралы гипотезаларды ескере отырып, оңтайлы шешім қағидасы – модельдің жануардың ең жақсы азық іздеу стратегиясы қандай болуы керек екені туралы болжамы. Жайылымшылар өздерінің жемірілгендерінің тек бір бөлігін ғана жейді. Олар жемірілгендерге зиян келтіреді, бірақ оны сирек өлтіреді. Жайылымшыларға антилопа, мал және масалар жатады. Паразиттер, жайылымшылар сияқты, өздерінің жемірілгендерінің (иесінің) тек бір бөлігін ғана жейді, бірақ сирек бүкіл организмді жейді. Олар өмірлік циклінің барлық немесе көп бөлігін бір иесінде өткізеді. Бұл тығыз қарым-қатынас таспа құрттар, бауыр құрттары және картоп шөкпесі сияқты өсімдік паразиттеріне тән. Паразитоидтар көбінесе аралар (Hymenoptera орны) және кейбір шыбырлар (Diptera орны) үшін тән. Жұмыртқалар басқа бунақтылардың дернәсілдеріне салынады, олар шығып, иесін іштен жейді, оны өлтіреді. Бұл ерекше жыртқыш-иелік қарым-қатынасы барлық жәндіктердің шамамен 10%-ына тән. Бір жасушалы организмдарға (мысалы, бактериофагтарға) шабуылдайтын көптеген вирустар да паразитоидтар болып табылады; олар бір иесінің ішінде көбейеді, ал ол ие осы қарым-қатынастан сөзсіз өледі. Осы әртүрлі азық іздеу және жыртқыштық стратегияларын оңтайландыруды оңтайлы азық іздеу теориясымен түсіндіруге болады. Әр жағдайда, шығындар, пайдалар және шектеулер бар, олар жыртқыш ұстанатын оңтайлы шешім қағидасын анықтайды.

Ең қолайлы тамақтану үлгісі

Оптималды азық теориясының классикалық нұсқаларының бірі – оптималды диета моделі, ол сонымен қатар олжаны таңдау моделі немесе тәуелділік моделі деп те аталады. Бұл модельде жыртқыш әртүрлі олжа түрлерімен кездеседі және бар олжаны жеуге немесе одан тиімдірек олжа іздеуге шешім қабылдайды. Модель болжамдайды, егер тиімдірек түрлер жеткілікті және көп болса, азық іздеушілер тиімсіз олжаны назарға алмауы керек. Олжаның тиімділігі бірнеше экологиялық факторларға байланысты. E – олжаның жыртқышқа қампаздайтын энергия мөлшері (калория). Ішкі қабылдау уақыты (h) – жыртқыш олжаны тапқан сәттен бастап, оны жегенге дейін олжаны өңдеуге кеткен уақыт. Олжаның тиімділігі E/h арқылы анықталады. Сонымен қатар, іздеу уақыты (S) – жыртқышқа олжаны табуға кеткен уақыт, ол азықтың көптігіне және оны табудың оңайлығына байланысты. Мысалы, тышқан – жалпыға ортақ түр, ол әртүрлі тұқымдарды, дәнділерді және жаңғақтарды жейді. Керісінше, салыстырмалы түрде аз S1 көрсеткіші бар жыртқыштар тек олжа1-ді таңдаған дұрыс. Мұндай жануарлар мамандар деп аталады және табиғатта өте ерекше диетаға ие. Жалпы алғанда, жыртқыштардың төрт функционалдық класындағы әртүрлі жануарлар жалпылаушы мен маман арасындағы континуумда әртүрлі стратегияларды көрсетеді. Сонымен қатар, олжа2-ні жеуге жасалған таңдау олжа1-дің көптігіне байланысты (бұрын талқыланғандай), егер олжа1 өте сирек болып, S1 шекті мәнге жетсе, онда жануар тек олжа1-ді жеуден олжа1 және олжа2-ні жеуге ауысуы керек.

Остеркаларды аулаудың оңтайлы әдісі

Құбыжықтора мидиямен қоректенуі оптималды диета моделінің қалай қолданылатынының мысалы болып табылады. Құбыжықторалар мидияларды іздейді және оларды өсірімен жарып ашады. Бұл құстар үшін шектеулер – мидиялардың әртүрлі өлшемдерінің сипаттамалары. Ірі мидиялар кішкентай мидияларға қарағанда көбірек энергия береді, бірақ қалың қабықтары болғандықтан жару қиынырақ. Бұл ірі мидиялардың энергия мазмұны жоғары болғанымен (E), оларды өңдеуге кететін уақыт та ұзақ (h) дегенді білдіреді. Кез келген мидияның пайдалылығы E/h ретінде есептеледі. Құбыжықторалар қай мидия өлшемі оны ашуға жұмсалатын шығын мен энергияны өтеуге жеткілікті қоректік заттарды қамтамасыз ететінін анықтауы керек. Олар жұлдызшаларды ұядан әртүрлі қашықтықта орналасқан жасанды таратқыштан құрттарды жинауға үйреткен тәжірибе жасады. Зерттеушілер құрттарды үнемі ұзақ интервалдармен түсіру арқылы құстар үшін төмендеу кірісінің қисығын жасады. Құстар "оптималды" жүктемеге жеткенше құрттарды жинауды жалғастырды және үйлеріне ұшып кетті. 5-суретте көрсетілгендей, егер жұлдызшалар бірлік уақытқа таза энергияны барынша арттырса, қысқа сапар уақыты кішкентай оптималды жүктемені болжайды, ал ұзақ сапар уақыты үлкен оптималды жүктемені болжайды. Осы болжамдармен келісе отырып, Кацельник ұя мен жасанды таратқыш арасындағы қашықтық ұзарған сайын жүктеме мөлшері де артатынын анықтады. Бұған қоса, байқалған жүктеме мөлшері модельдің болжамдарымен өте жақын сандық сәйкес келеді. Жұмсалған энергияға шаққанда алынған энергия сияқты (яғни энергия тиімділігі) басқа валюталарға негізделген басқа модельдер байқалған жүктеме мөлшерін дәл болжауға мүмкіндік бермеді. Осылайша, Кацельник жұлдызшалар бірлік уақытқа таза энергияны барынша арттырады деген қорытындыға келді. Бұл қорытынды кейінгі тәжірибелерде жоққа шығарылған жоқ.

Бал араларының азық іздеуінің оңтайлы түрі

Жұмысшы аралар ең жақсы азық іздеу мінез-құлқын модельдеудегі шекті мән теоремасын пайдаланудың тағы бір мысалын көрсетеді. Аралар гүлден гүлге көшіп, ұяға қайтарып әкелетін нектар жинайды. Бұл жағдай шыршалардың жағдайына ұқсас болғанымен, аралар үшін шектеулер мен есептеу бірлігі мүлдем басқаша. Ара нектардың азаюына немесе гүлдердің өзге де қасиеттеріне байланысты өнімнің төмендеуін бастан өткермейді. Бір гүлде өткізген уақыттың ұзаруымен жиналған нектардың жалпы көлемі сызықты түрде артады. Дегенмен, нектардың салмағы араның гүлден гүлге және ұяға қайта оралу кезіндегі ұшуына қосымша шығын әкеледі. Вольф және Шмид Хемпель аралардың арқасына әртүрлі салмақтар қойып, ауыр нектардың құны өте жоғары екенін және оның аралардың өмір сүру ұзақтығын қысқартатынын тәжірибелік жолмен көрсетті. Жұмысшы араның өмір сүру ұзақтығы қысқарған сайын, оның колониясына үлес қосуға арналған жалпы уақыты азаяды. Осылайша, ара бір сапарда көбірек нектар жинаған сайын, ұяға түсетін энергияның таза пайдасы төмендейтін қисық сызық пайда болады.

Ортаңғы орхидеялық балықтардың оңтайлы азық табуы

Екі центрахидтің (ақ қарбалас және көкқұйрық) жемді таңдау сипаты Манатунге мен Асаеданың оңтайлы азық іздеу стратегиясын қамтитын модель ретінде ұсынылған. Азық іздейтін балықтардың реактивті қашықтығы арқылы бейнеленген көру өрісі, іздеу кезеңіндегі жеммен кездесу санының бағасын анықтау үшін егжей-тегжейлі талданды. Болжанған реактивті қашықтықтар эксперименттік деректермен салыстырылды. Балықтардың азық іздеу мінез-құлқымен байланысты энергетикалық шығын, әр тұтынылған жемге қатысты оқиғалар тізбегі негізінде есептелді. Асқазандағы және көлдегі жем түрлерінің және өлшем санаттарының салыстырмалы мөлшерін салыстыру, ақ қарбалас пен көкқұйрықтың (ұзындығы < 100 мм) энергияны оңтайландыру стратегиясын қолдана отырып, жемді таңдайтынын көрсетті. Көп жағдайда балықтар тек ірі Daphnia-ны таңдап, қашқыш жем түрлерін (циклоптар, диаптомидтер) және ұсақ кладоцераларды назарға алмады. Бұл таңдаулылық балықтардың жоғары қашқыштыққа ие жемдерден белсенді түрде аулақ болуының нәтижесі, тіпті олардың энергетикалық құндылығы жоғары болса да, оны аулаудың сәттілігі арқылы оңтайлы таңдауға айналдырады. Энергетикалық факторлар мен көру жүйесі, азық іздеушінің жемді ұстау қабілетінен басқа, планктонмен қоректену кезеңіндегі үлкен көкқұйрық пен ақ қарбаластың жемді таңдауының маңызды факторлары болып табылады.

Сын-пікірлер мен шектеулер

Көптеген зерттеулер, жоғарыда келтірілген мысалдардағы сияқты, оптималды азық іздеу теориясын сандық тұрғыдан қолдап, оның тиімділігін көрсеткенмен, модельдің жарамдылығы мен шектеулеріне қатысты сынға ұшырады. Біріншіден, оптималды азық іздеу теориясы табиғи іріктеу организмдердің азық іздеу стратегияларын оңтайландырады деген қағидатқа негізделген. Дегенмен, табиғи іріктеу – бұл мінсіздікке жетелейтін құдіретті күш емес, керісінше, организмдердің өрбу мүмкіндігін арттыратын генетикалық негіздегі белгілерді пассивті түрде іріктейтін үдеріс. Генетика локустар арасындағы өзара әрекеттесуді, рекомбинацияны және басқа да күрделіліктерді қамтитынын ескере отырып, табиғи іріктеудің нақты мінез-құлық параметрін оңтайландыруына кепілдік жоқ. Сонымен қатар, ОФТ азық іздеу мінез-құлқы табиғи іріктеу арқылы еркін қалыптаса алады деп есептейді, себебі бұл мінез-құлық организмнің басқа қызметтерінен тәуелсіз. ОФТ-нің тағы бір кемшілігі – оның тәжірибеде нақтылығының жетіспеуі. Теориялық тұрғыдан алғанда, оптималды азық іздеу моделі зерттеушілерге жүйедегі «валюта» мен шектеулер туралы гипотезалар негізінде, хищниктердің оптималды шешімдерін сандық түрде болжауға мүмкіндік береді. Бірақ шындығында, олжаның түрін, кездесу жиілігін, тіпті азық іздеушінің оны қабылдауынша, «жайылымды» анықтау қиын. Оптималды азық іздеу теориясы мінез-құлықтың генетикалық құрамына белгілі бір дәрежеде тәуелді екенін жорамалдайды. Алайда, жоғары мінез-құлық икемділігіне ие күрделі жануарларға қатысты мұны қабылдау қиын болуы мүмкін. Адамның мінез-құлқы оптималды азық іздеу теориясының алғышарттарын қолданғанда әрқашан болжауға келмейді. Мысалы, аңшы-жинаушылар энергия тиімділігін ескермей, ырым-жырымдық немесе тойлау мақсатында басқа қажеттіліктерді қанағаттандыратын жануарды таңдауы мүмкін. Шешім қабылдау процесіне ұзақ және қысқа мерзімді тәжірибелер әсер етеді, ал осы тәжірибелер басқалардың мінез-құлқына да ықпал етуі мүмкін. Бірақ оптималды азық іздеу теориясы археологияға археологиялық ескерткіштердегі үлгілерді жаңаша түсіндіруге және адам мінез-құлқы туралы тереңірек ойлауға көмектесті. Сондай-ақ, бұл теория археологияға әртүрлі ресурстардың құны мен пайдасы туралы жақсы түсінік беруге мүмкіндік берді.