Tìm kiếm thức ăn và Lý thuyết tối ưu

Các loài động vật kiếm ăn hiệu quả có xu hướng sinh sản nhiều hơn, vì vậy chọn lọc tự nhiên có thể định hình các quyết định kiếm ăn theo hướng các giải pháp tối ưu nhằm tối đa hóa năng lượng thu được so với chi phí và rủi ro.

Definition

Lý thuyết tìm kiếm thức ăn và tối ưu sử dụng các mô hình tối đa hóa có ràng buộc để dự đoán các quyết định thu thập thức ăn—ăn gì, ở đâu và trong bao lâu—mà chọn lọc tự nhiên được kỳ vọng sẽ ưu tiên.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách tiếp cận tối ưu hóa hành vi được áp dụng cho việc kiếm ăn: các mô hình lựa chọn chế độ ăn tối ưu, định lý giá trị biên về thời gian khai thác một khu vực, kiếm ăn tập trung, và sự đánh đổi giữa việc kiếm ăn và tránh bị săn mồi. Nó đề cập đến các thước đo về sự thích nghi như năng lượng ròng thu được, các giả định và ràng buộc của các mô hình tối ưu hóa, và các thử nghiệm thực nghiệm hỗ trợ hoặc tinh chỉnh chúng.

Core questions

• Một con vật nên chọn loại thức ăn nào để ăn?
• Một con vật kiếm ăn nên ở lại trong một khu vực đang cạn kiệt trong bao lâu?
• Các loài kiếm ăn đánh đổi giữa việc thu năng lượng và rủi ro bị săn mồi như thế nào?
• Các dự đoán tối ưu phù hợp với hành vi quan sát được ở mức độ nào?

Key theories

Mô hình chế độ ăn tối ưu

Một con vật kiếm ăn tối đa hóa lượng năng lượng thu được nên xếp hạng con mồi theo khả năng sinh lời và chỉ bao gồm các vật phẩm được xếp hạng thấp hơn khi các vật phẩm được xếp hạng cao hơn đủ khan hiếm đến mức việc tìm kiếm chúng vượt quá chi phí xử lý con mồi kém chất lượng hơn.

Định lý giá trị biên

Một con vật khai thác các khu vực cạn kiệt khi nó kiếm ăn nên rời khỏi mỗi khu vực khi tốc độ thu nhận của nó giảm xuống mức trung bình cho môi trường sống, cân bằng giữa lợi nhuận giảm dần và thời gian di chuyển đến khu vực tiếp theo.

Mechanisms

Các mô hình tối ưu hóa chỉ rõ một quyết định, một thước đo cần được tối đa hóa như tốc độ năng lượng ròng thu được, và các ràng buộc mà động vật phải đối mặt. Trong lựa chọn chế độ ăn, việc bao gồm một loại con mồi chỉ có lợi nếu khả năng sinh lời của nó vượt quá lượng thu được dự kiến từ việc tiếp tục tìm kiếm; điều này dự đoán một sự chuyển đổi rõ rệt giữa chế độ ăn chuyên biệt và tổng quát khi tốc độ gặp gỡ thay đổi. Trong việc sử dụng khu vực, lượng thu được trong một khu vực giảm dần theo thời gian, và định lý giá trị biên dự đoán thời gian từ bỏ tối ưu từ mức trung bình toàn môi trường sống và chi phí di chuyển. Việc thêm rủi ro bị săn mồi làm dịch chuyển điểm tối ưu sang hành vi an toàn hơn nhưng ít sinh lời hơn.

Clinical relevance

Lý thuyết tìm kiếm thức ăn cung cấp thông tin cho việc quản lý các loài chăn thả và khai thác, thiết kế việc bổ sung thức ăn và kiểm soát dịch hại, và các dự đoán về cách động vật phân bố lại khi tài nguyên hoặc rủi ro thay đổi. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải là hướng dẫn quản lý.

History

MacArthur và Pianka, và độc lập, Emlen đã khởi xướng lý thuyết tìm kiếm thức ăn tối ưu vào năm 1966. Charnov đã xây dựng định lý giá trị biên vào năm 1976, và một làn sóng các thử nghiệm thực địa và phòng thí nghiệm trong suốt những năm 1980, được tổng hợp bởi Stephens và Krebs, đã thiết lập cả sức mạnh và giới hạn của cách tiếp cận tối ưu.

Debates

Liệu động vật có thực sự là những kẻ kiếm ăn tối ưu?

Các nhà phê bình lưu ý rằng hành vi quan sát được thường sai lệch so với các dự đoán tối ưu đơn giản, gây ra tranh luận về việc liệu các mô hình có thất bại hay chỉ đơn thuần bỏ qua các ràng buộc liên quan, giới hạn thông tin và các thước đo.

Key figures

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

Seminal works

• stephens1986
• charnov1976
• davies2012

Frequently asked questions

Định lý giá trị biên dự đoán điều gì?

Nó dự đoán rằng một con vật kiếm ăn trong môi trường có nhiều khu vực nên rời khỏi một khu vực đang cạn kiệt khi tốc độ thu năng lượng của nó ở đó giảm xuống mức trung bình mà nó có thể đạt được trên toàn bộ môi trường sống, có tính đến thời gian di chuyển.

Tại sao một con vật kiếm ăn có thể bỏ qua một nguồn thức ăn dồi dào nhưng chất lượng thấp?

Nếu con mồi chất lượng cao hơn đủ phổ biến, thời gian dành để xử lý một vật phẩm chất lượng thấp có thể được dành để tìm và ăn một vật phẩm có lợi hơn, do đó việc bao gồm vật phẩm kém chất lượng sẽ làm giảm tốc độ thu nhận tổng thể.