Nahrungssuche und Optimalitätstheorie

Tiere, die effizient Nahrung sammeln, neigen dazu, mehr Nachkommen zu zeugen. Daher sollte die natürliche Selektion die Entscheidungen bei der Nahrungssuche auf optimale Lösungen ausrichten, die den Energiegewinn gegenüber Kosten und Risiken maximieren.

Definition

Die Nahrungssuche und die Optimalitätstheorie verwenden Modelle der eingeschränkten Maximierung, um die Entscheidungen bei der Nahrungssuche – was zu essen, wo und wie lange – vorherzusagen, die die natürliche Selektion voraussichtlich begünstigen wird.

Scope

Dieses Thema behandelt den Optimalitätsansatz im Verhalten, angewendet auf die Nahrungsaufnahme: Modelle der optimalen Diätwahl, das Marginal-Value-Theorem für die Dauer der Ausbeutung eines Patches, die zentrale Nahrungssuche und den Kompromiss zwischen Nahrungsaufnahme und Raubtiervermeidung. Es behandelt Fitness-Währungen wie die Nettoenergieaufnahme, die Annahmen und Einschränkungen von Optimalitätsmodellen sowie die empirischen Tests, die diese unterstützen oder verfeinern.

Core questions

• Wie sollte ein Tier entscheiden, welche Nahrungsmittel es fressen soll?
• Wie lange sollte ein Nahrungssucher in einem sich erschöpfenden Patch bleiben?
• Wie wägen Nahrungssucher den Energiegewinn gegen das Prädationsrisiko ab?
• Wie gut stimmen Optimalitätsvorhersagen mit dem beobachteten Verhalten überein?

Key theories

Modell der optimalen Diät

Ein Nahrungssucher, der die Energieaufnahme maximiert, sollte die Beute nach Rentabilität ordnen und geringer eingestufte Gegenstände nur dann einbeziehen, wenn höher eingestufte so selten sind, dass die Suche nach ihnen die Kosten für den Umgang mit schlechterer Beute überwiegt.

Marginal-Value-Theorem

Ein Tier, das Patches ausbeutet, die sich bei der Nahrungsaufnahme erschöpfen, sollte jeden Patch verlassen, wenn seine Aufnahmerate auf die durchschnittliche Rate des Habitats sinkt, wobei abnehmende Erträge gegen die Reisezeit zum nächsten Patch abgewogen werden.

Mechanisms

Optimalitätsmodelle spezifizieren eine Entscheidung, eine zu maximierende Währung wie die Netto-Energiegewinnrate und die Einschränkungen, denen das Tier gegenübersteht. Bei der Diätwahl lohnt es sich, einen Beutetyp einzubeziehen, nur wenn dessen Rentabilität die erwartete Aufnahme durch fortgesetztes Suchen übersteigt; dies sagt einen scharfen Wechsel zwischen spezialisierten und generalistischen Diäten voraus, wenn sich die Begegnungsraten ändern. Bei der Patch-Nutzung nimmt die Aufnahme innerhalb eines Patches mit der Zeit ab, und das Marginal-Value-Theorem sagt die optimale Abbruchzeit aus dem habitatweiten Durchschnitt und den Reisekosten voraus. Das Hinzufügen von Prädationsrisiko verschiebt das Optimum hin zu einem sichereren, aber weniger profitablen Verhalten.

Clinical relevance

Die Nahrungssuche-Theorie beeinflusst das Management von Weide- und Erntearten, die Gestaltung von Zusatzfütterung und Schädlingsbekämpfung sowie Vorhersagen darüber, wie sich Tiere umverteilen, wenn sich Ressourcen oder Risiken ändern. Dies ist ein pädagogischer Kontext, keine Managementvorschrift.

History

MacArthur und Pianka sowie, unabhängig davon, Emlen lancierten 1966 die optimale Nahrungssuche-Theorie. Charnov formulierte 1976 das Marginal-Value-Theorem, und eine Welle von Feld- und Labortests in den 1980er Jahren, zusammengefasst von Stephens und Krebs, etablierte sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Grenzen des Optimalitätsansatzes.

Debates

Sind Tiere wirklich optimale Nahrungssucher?

Kritiker stellten fest, dass beobachtetes Verhalten oft von einfachen Optimalitätsvorhersagen abweicht, was eine Debatte darüber auslöste, ob die Modelle versagen oder lediglich relevante Einschränkungen, Informationsgrenzen und Währungen weglassen.

Key figures

• Robert MacArthur
• Eric Pianka
• Eric Charnov
• John Krebs

Seminal works

• stephens1986
• charnov1976
• davies2012

Frequently asked questions

Was sagt das Marginal-Value-Theorem voraus?

Es sagt voraus, dass ein Nahrungssucher in einer fleckigen Umgebung einen sich erschöpfenden Patch verlassen sollte, wenn seine Energiegewinnrate dort auf die durchschnittliche Rate sinkt, die er im gesamten Habitat erreichen könnte, unter Berücksichtigung der Reisezeit.

Warum könnte ein Nahrungssucher eine reichlich vorhandene, minderwertige Nahrung ignorieren?

Wenn qualitativ hochwertigere Beute häufig genug ist, könnte die Zeit, die für die Handhabung eines minderwertigen Gegenstands aufgewendet wird, stattdessen für das Finden und Fressen eines profitableren Gegenstands genutzt werden, sodass das Einbeziehen des schlechten Gegenstands die gesamte Aufnahmerate senkt.