En 1975, R.M. May y W.J. Leonard utilizaron por primera vez el juego piedra-papel-tijera para modelar escenarios ecológicos en los que tres especies se dominan cíclicamente entre sí:una especie domina a la segunda especie, la segunda especie domina a una tercera especie, y la tercera especie domina a la primera especie. El juego funciona bien por ejemplo, para modelar diferentes cepas de cíclicamente dominantes E. coli bacterias.

Tradicionalmente, el modelo piedra-papel-tijera asume que las tres especies tienen la misma fuerza. Pero, ¿y si una de las especies es más débil que las otras dos? Tal escenario puede ocurrir en la naturaleza, por ejemplo, debido a variaciones estacionales que reducen la capacidad de una determinada especie para competir con otras especies.

En un nuevo periódico profesor asociado Josinaldo Menezes, el estudiante de posgrado Tibério Pereira, y la estudiante de pregrado Bia Moura de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte en Brasil han abordado esta cuestión realizando más de un millón de simulaciones de un modelo piedra-papel-tijera en el que una especie ataca menos de lo que es atacada. El modelo ayuda a explicar cómo se mantiene la convivencia entre diferentes especies a pesar de las diferentes fortalezas de las especies.

"Los resultados nos dicen que la razón por la que las especies pueden coexistir, incluso si uno de ellos es más débil, es la configuración de selección especial del modelo piedra-papel-tijera, Pereira dijo Phys.org .

El modelo funciona de manera algo diferente al modelo original de piedra-papel-tijera cuando se implementa como un caso especial del modelo May-Leonard. Individuos, que se colocan en una cuadrícula, puede realizar tres posibles interacciones, sin importar a cuál de las tres especies pertenezcan. Las tres interacciones son la selección, movilidad, y reproducción. La selección es como matar en el que un individuo de una especie puede acabar con un individuo vecino de la especie que domina. Para la movilidad, un individuo de una especie puede cambiar de lugar con un individuo vecino de la especie que domina, o mudarse a un espacio vacío vecino. Para la reproducción, un individuo de una especie puede poblar un espacio vecino vacío con otro individuo de su especie.

En la simulación, los individuos de cada especie se distribuyen aleatoriamente en una cuadrícula. Un individuo es seleccionado al azar, y luego uno de sus ocho sitios vecinos (ocupado o vacío) se selecciona al azar. A continuación, una de las tres interacciones (selección, movilidad, o reproducción) se elige al azar. El individuo elegido lleva a cabo la interacción, si es posible. En algunos casos, la interacción no es posible:por ejemplo, el sitio vecino debe estar ocupado por un individuo de la especie correcta (el que está siendo dominado) para que se lleve a cabo la selección, y el sitio vecino debe estar vacío para que se lleve a cabo la reproducción.

Para hacer una especie más débil que las otras dos, los investigadores dieron a una especie una menor probabilidad de obtener la interacción de selección. Los resultados de las simulaciones mostraron que, al contrario de lo que cabría esperar, la especie más débil no necesariamente se extingue. En lugar de, para algunos niveles de debilidad, la especie más débil domina inicialmente casi todo el territorio. Esto sucede porque, ya que la especie más débil selecciona (es decir, mata) menos individuos de la especie que domina, esta especie crece y, Sucesivamente, limita el crecimiento de la tercera especie. Como esta tercera especie domina a las especies más débiles, su crecimiento limitado permite que crezcan las especies más débiles.

Por estas razones, Investigaciones anteriores han demostrado que las especies más débiles siempre pueden dominar, incluso a largo plazo. Sin embargo, aquí los investigadores encontraron algo diferente.

"Nos sorprendió porque las especies más débiles no necesariamente ganan el juego desigual piedra-papel-tijeras, como se conocía en la literatura, "Menezes dijo." Nos enteramos de que, en simulaciones tipo May-Leonard, la especie ganadora depende de la movilidad y la fuerza de las especies más débiles ".

Tiempo extraordinario, aparecen nuevos patrones que muestran exactamente cómo coexisten espacialmente las diferentes especies. En particular, los patrones en espiral emergen y viajan como ondas hasta que se encuentran, momento en el que dan lugar a que las tres especies coexistan en pequeñas colonias. Es más probable que los patrones en espiral, y la coexistencia resultante, ocurran en cuadrículas más grandes, ya que esto aumenta la movilidad de todas las especies y permite que las especies entren en contacto entre sí.

"Hermosas ondas espirales emergen cuando la celosía está casi dominada por una sola especie, "dijo Moura." La formación de patrones espaciales espirales es completamente diferente del modelo estándar de piedra-papel-tijera. Esperamos que nuestros resultados puedan ser útiles para los ecólogos porque describen y cuantifican patrones que son cruciales para comprender cómo coexisten tales especies ".

Los resultados también revelaron que la coexistencia tiene sus límites:cuando la fuerza de las especies más débiles es menos de aproximadamente un tercio de la fuerza de las otras dos especies, la probabilidad de convivencia disminuye enormemente.

En el futuro, los investigadores planean investigar escenarios más complejos, como los sistemas biológicos adaptativos, donde una especie puede cambiar las probabilidades de interacción para garantizar su supervivencia. También planean explorar cómo las interacciones biológicas pueden equilibrar las relaciones desiguales entre especies, así como los efectos de enfermedades y otros depredadores.

"Nuestro objetivo es comprender cómo un brote de enfermedad o la mediación de un depredador común aumentan las posibilidades de coexistencia en el modelo desigual de piedra-papel-tijera, "Dijo Menezes.

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