Поиск пищи и теория оптимальности

Животные, эффективно добывающие пищу, как правило, оставляют больше потомства, поэтому естественный отбор должен формировать решения о поиске пищи в направлении оптимальных решений, которые максимизируют получение энергии при минимизации затрат и рисков.

Definition

Теория поиска пищи и оптимальности использует модели ограниченной максимизации для прогнозирования решений по добыче пищи — что есть, где и как долго — которые, как ожидается, будут благоприятствоваться естественным отбором.

Scope

Эта тема охватывает подход к поведению с точки зрения оптимальности, применительно к питанию: модели оптимального выбора рациона, теорему предельной ценности для определения продолжительности эксплуатации участка, поиск пищи с центральной базы и компромисс между питанием и избеганием хищничества. Она рассматривает такие показатели приспособленности, как чистое потребление энергии, допущения и ограничения моделей оптимальности, а также эмпирические тесты, которые их подтверждают или уточняют.

Core questions

• Как животное должно выбирать, какие пищевые объекты есть?
• Как долго фуражир должен оставаться на истощающемся участке?
• Как фуражиры сопоставляют получение энергии с риском хищничества?
• Насколько хорошо предсказания оптимальности соответствуют наблюдаемому поведению?

Key theories

Модель оптимального рациона

Фуражир, максимизирующий потребление энергии, должен ранжировать добычу по прибыльности и включать менее ценные объекты только тогда, когда более ценные объекты достаточно редки, чтобы поиск их перевешивал затраты на обработку менее ценной добычи.

Теорема предельной ценности

Животное, эксплуатирующее участки, которые истощаются по мере его кормления, должно покидать каждый участок, когда скорость его потребления падает до средней скорости для среды обитания, балансируя убывающую отдачу с временем перемещения к следующему участку.

Mechanisms

Модели оптимальности определяют решение, валюту, которую необходимо максимизировать, такую как чистая скорость получения энергии, и ограничения, с которыми сталкивается животное. При выборе рациона включение типа добычи оправдано только в том случае, если его прибыльность превышает ожидаемое потребление от продолжения поиска; это предсказывает резкий переход между специализированным и универсальным рационами по мере изменения частоты встреч. При использовании участков потребление пищи на участке снижается со временем, и теорема предельной ценности предсказывает оптимальное время отказа от участка на основе среднего показателя по всей среде обитания и затрат на перемещение. Добавление риска хищничества смещает оптимум в сторону более безопасного, но менее прибыльного поведения.

Clinical relevance

Теория поиска пищи используется при управлении пасущимися и добываемыми видами, разработке дополнительного кормления и борьбы с вредителями, а также в прогнозах перераспределения животных при изменении ресурсов или рисков. Это образовательный контекст, а не предписание по управлению.

History

Макартур и Пианка, а также независимо Эмлен, запустили теорию оптимального поиска пищи в 1966 году. Чарнов сформулировал теорему предельной ценности в 1976 году, и волна полевых и лабораторных испытаний в 1980-х годах, обобщенных Стивенсом и Кребсом, установила как силу, так и пределы подхода оптимальности.

Debates

Являются ли животные действительно оптимальными фуражирами?

Критики отмечали, что наблюдаемое поведение часто отклоняется от простых предсказаний оптимальности, что вызвало дебаты о том, являются ли модели несостоятельными или просто упускают соответствующие ограничения, информационные лимиты и валюты.

Key figures

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

Seminal works

• stephens1986
• charnov1976
• davies2012

Frequently asked questions

Что предсказывает теорема предельной ценности?

Она предсказывает, что фуражир в неоднородной среде должен покидать истощающийся участок, когда скорость получения энергии на нем падает до средней скорости, которую он мог бы достичь во всей среде обитания, с учетом времени перемещения.

Почему фуражир может игнорировать обильную, но низкокачественную пищу?

Если высококачественная добыча достаточно распространена, время, затраченное на обработку низкокачественного объекта, можно было бы вместо этого потратить на поиск и поедание более прибыльного, поэтому включение низкокачественного объекта снижает общую скорость потребления.