新的研究表明，物种间合作条件的改善反而会导致合作的破裂。这一令人惊讶的发现基于进化数学和计算模型，表明物种间合作可能突然破裂的复杂动态。
进化数学家发现，即使互利共生条件改善，物种之间的合作也可能会意外下降。
这一违反直觉的发现凸显了合作行为的复杂性，表明随着合作的增加，不对称现象可能会发展，从而可能导致合作的破裂。该研究利用博弈论和计算模型来探索这些动态，提供了与物理学中的相变相呼应的见解。
理解自然界的合作达尔文对自然界的合作感到困惑——它直接违背了自然选择和适者生存的理念。但在过去几十年里，进化数学家利用博弈论更好地理解了为什么在进化应该偏向自私的骗子时，相互合作仍然存在。
从根本上讲，当合作成本低或收益大时，合作就会蓬勃发展。当合作成本过高时，合作就会消失——至少在纯数学领域是如此。物种之间的共生关系——比如传粉昆虫和植物之间的共生关系——更为复杂，但遵循类似的模式。
加拿大和欧洲的进化数学家开发了一个模型，表明合作越容易，合作就越有可能出乎意料地破裂。不列颠哥伦比亚大学和匈牙利研究网络的研究人员使用计算空间模型将两个物种的个体排列在彼此面对的独立格子上。图片来源：Christoph Hauert 和 György Szabó
来自近期模型的新见解但9 月 3 日在PNAS Nexus（美国国家科学院院刊子刊）上发表的新模型为该理论增添了不确定性，表明物种间的合作行为在理论上应该蓬勃发展的情况下可能会崩溃。
“当我们开始改善模型中的合作条件时，正如预期的那样，两个物种之间互惠互利行为的频率都会增加。”研究进化动力学的不列颠哥伦比亚大学数学家克里斯托夫·豪尔特博士说：“但随着我们模拟中的合作频率越来越高——接近 50%——突然出现了分歧。一个物种中合作者增多，而另一个物种中合作者减少——随着合作条件变得更加温和，这种不对称现象继续加剧。”
合作中打破对称虽然数学家以前曾对两种群体之间的这种“合作对称性破坏”进行过建模，但这是第一个能够让每个群体中的个体以更自然的方式互动和联合起来的模型。
豪尔特博士和匈牙利研究网络的同事 György Szabó 博士使用计算空间模型将两个物种的个体排列在彼此面对的独立格子上。这使得合作者能够形成集群，并通过更频繁地与其他合作者互动来减少他们受到作弊者的攻击（以及被作弊者的利用）。
研究意义和支持“因为我们选择了对称相互作用，所以两个群体的合作水平是相同的，”豪尔特博士指出：“集群仍然可以形成并保护合作者，但现在它们需要跨晶格同步，因为那是相互作用发生的地方。”
“合作中奇怪的对称性破缺与磁性材料中的相变有相似之处，凸显了统计和固体物理学中开发的方法的成功。”Szabó 博士强调：“同时，该模型揭示了行为剧烈变化的峰值，这些变化可能显著影响复杂生命系统中的相互作用。”
参考文献：Christoph Hauert 和 György Szabó 合著的《物种间合作的自发对称性破坏》，2024 年 8 月 9 日，PNAS Nexus。DOI：10.1093/pnasnexus/pgae326
该研究得到了加拿大国家科学与工程研究委员会的支持。
互利共生：物种间的合作
加拿大和欧洲的进化数学家开发的一个模型表明，合作越容易，合作也就越有可能出乎意料地破裂。观看不同场景下每个物种合作者和叛逃者的空间互动模拟。
来源：不列颠哥伦比亚大学
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