In een sterk vervuilde omgeving, is het logischer voor een bedrijf om te blijven vervuilen of te beginnen met opruimen? Als het ervoor kiest om schonere technologieën toe te passen en het milieu gezonder wordt, geldt dezelfde berekening?

Deze terugkoppelingen tussen de beslissingsstrategie en de omgeving doen zich voor op uiteenlopende terreinen als visserij, economie, en menselijke sociale interacties. Speltheoretici hebben deze zogenaamde feedback onderzocht met behulp van individuele modellen om op bepaalde scenario's toe te passen. Maar in een nieuwe publicatie in Natuurcommunicatie , onderzoekers van Penn's School of Arts and Sciences presenteren een verenigend model dat deze diverse interacties verklaart en de overeenkomst van hun kenmerken onderstreept.

"Wat we in onze paper doen, is proberen expliciet de manier op te nemen waarop evolutionaire speldynamiek kan worden beïnvloed door de omgeving en de omgeving kan veranderen, " zegt Andrew Tilman, eerste auteur op het papier en een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Biologie. "Dus, je krijgt deze feedback tussen strategieën die in het spel worden gebruikt en veranderingen in de omgeving."

Tilman was co-auteur van het werk met adviseurs Erol Akçay en Joshua Plotkin, faculteitsleden wiens werk is gespecialiseerd in theoretische en computationele benaderingen van biologische vragen.

De bevindingen werpen licht op de hechte krachten die veranderingen in strategische actie koppelen aan veranderingen in het milieu, en vice versa.

"Neem visbestanden die stijgen of dalen, afhankelijk van de visserijstrategieën van een populatie, of bodemnutriëntenniveaus die omhoog of omlaag gaan, afhankelijk van of er stikstofbindende of niet-bindende planten aanwezig zijn, ", zegt Akçay. "Hoeveel vis of stikstof er is, zal dan de uitbetalingen van verschillende strategieën bepalen en de ene of de andere strategie bevoordelen. Deze situatie duikt overal op en hoewel er hier en daar verschillende modellen waren, wat Andrew echt deed, was alles samenvoegen in één. Hij liet zien dat je deze modellen in kaart kunt brengen op een gemeenschappelijk model en dat model vervolgens kunt analyseren en voorspellingen kunt doen voor veel verschillende systemen."

"Begrijpen hoe de balans van strategische typen in een populatie het milieu beïnvloedt, en hoe de omgeving vervolgens terugkoppelt om strategische interacties te veranderen, is een nieuwe uitdaging voor ecologen en gedragswetenschappers, " zegt Plotkin. "Het is een leuk theoretisch probleem, maar het heeft ook tal van implicaties in toegepaste instellingen, waar we steeds meer de nauwe intercalatie van menselijk gedrag en de veranderende omgeving herkennen."

Het project is voortgekomen uit het promotiewerk van Tilman, waarin werd gekeken naar de economische prikkels waarmee mensen worden geconfronteerd als ze te maken hebben met een gemeenschappelijke bron, bijvoorbeeld een visserij of een gezonde omgeving.

"Ik deed het op een ad hoc manier, het samenstellen van een model van omgevingsdynamiek met een evolutionair speltheoriemodel voor elk daarvan, " zegt hij. "Ik werd geïnspireerd om te werken aan een manier om veel verschillende problemen te verenigen die allemaal te maken hebben met deze strategische interacties die verband houden met een veranderende omgeving."

De onderzoekers ontdekten dat een relatief eenvoudig lineair model de dynamiek van verschillende van dit soort strategie-omgevingsfeedbacks in kaart kon brengen.

"We hebben ook een aantal niet-lineaire modellen gemaakt, en er kunnen enkele nuances ontstaan, maar de lineaire modellen geven je intuïtie waarom die nieuwe dingen kunnen gebeuren, "zegt Akçay. "Ze zijn verrassend krachtig."

Hun analyse werkte voor systemen zoals een voorbeeld van vervuiling, waar de impact op het milieu - meer vervuiling - vervaagt naarmate de tijd verstrijkt. Maar het model past ook in scenario's waarin het milieuproduct geregenereerd, zoals in een visserijvoorbeeld.

Het model stelde hen in staat te voorspellen hoe strategieën zouden veranderen, of ze zouden fietsen of een evenwicht zouden bereiken, gebaseerd op de prikkels waarmee de actoren werden geconfronteerd wanneer zowel de omgevingsomstandigheden als de strategieën in een populatie extreem waren. Opnieuw terugkerend naar het vervuilingsmodel:"Je zou je kunnen voorstellen dat een strategie zou zijn om hoge niveaus van vervuiling uit te stoten, en een andere zou zijn om lage niveaus van vervuiling uit te stoten, en afhankelijk van de mix van gebruikte strategieën, het heeft invloed op het aanwezige vervuilingsniveau, " zegt Tilman. "We kunnen begrijpen wat er in het spel zal gebeuren op basis van hoe sterk de prikkels zijn om over te schakelen naar een strategie met een hoge vervuiling wanneer de omgeving zich in een staat van lage vervuiling bevindt, evenals de prikkels om over te schakelen naar een strategie met veel vervuiling. vervuilende strategie wanneer het milieu zich in een weinig vervuilende staat bevindt."

De aanpak werpt licht op hedendaagse vraagstukken, zoals het reguleren van wereldwijde emissies in het licht van klimaatverandering.

"We zien dat als alles schoon is, je wilt elke prikkel om een ​​vervuiler te zijn teniet doen. Anders kan de cyclus omslaan in de richting van vervuilende strategieën, ' zegt Akçay.

Vooruit kijken, de onderzoekers hopen prognoses op te nemen in hun model. Met andere woorden, als een actor kan voorspellen hoe de omgeving zal veranderen, zullen ze hun strategieën eerder of later veranderen dan ze anders zouden doen?

"Deze evolutionaire en speltheoretische modellen hebben de neiging om de acteurs als bijziend te beschouwen, hun strategieën veranderen op basis van hun onmiddellijke prikkels, ", zegt Tilman. "Maar om de besluitvormingsprocessen waar mensen zich mee bezig te houden realistischer na te bootsen, we willen gaan nadenken over het opnemen van prognoses in het modelleringskader."