Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Koebesetningsadferd er fôr for komplekse systemanalyser

Anonim

Bildet av beitekyr i et felt har lenge oppmuntret en romantisk nostalgi om et avslappet tempo i landsbygdslivet. Ved nærmere inspeksjon har forskere imidlertid oppdaget at det som synes å være en tilfeldig spredt flokk med fredelig å spise gress, er faktisk et komplekst system av individer i en gruppe som står overfor forskjellige spenninger. Et team av matematikere og en biolog har nå bygget en matematisk modell som inkorporerer en kostnadsfunksjon for atferd i en slik flokk for å forstå dynamikken til slike systemer.

annonse


Kompleks systemforskning ser på hvordan systemene viser atferd utover de som er i stand fra individuelle komponenter i isolasjon. Dette raskt voksende feltet kan brukes til å belyse fenomener som observeres i mange andre fagområder, inkludert biologi, medisin, ingeniørfag, fysikk og økonomi.

"Kompleks systemvitenskap har som mål å forstå ikke bare de isolerte komponentene i et gitt system, men hvordan de enkelte komponentene samhandler for å produsere" fremvoksende "gruppearbeid, " sier Erik Bollt, direktør for Clarkson Center for Complex Systems Science og en professor i matematikk og av elektrisk og datateknikk.

Bollt gjennomførte arbeidet med sitt team, forfatter av post-doktorand Kelum Gajamannage, som ble rapportert denne uken i tidsskriftet Chaos, fra AIP Publishing.

"Kyr som beiter i en flokk er et interessant eksempel på et komplekst system, " sa Bollt. "En individuell ku utfører tre store aktiviteter gjennom en vanlig dag. Den spiser, den står mens den utfører noen fordøyelsesprosesser, og så ligger den for å hvile."

Selv om denne prosessen virker enkelt, er det også en balanse av gruppedynamikk på jobben.

"Kyr flytter og spiser i besetninger for å beskytte seg mot rovdyr, " sa Bollt. "Men siden de spiser med varierende hastigheter, kan besetningen gå videre før de langsommere kyrene er ferdige med å spise. Dette gjør at disse mindre kyrne står overfor et vanskelig valg: Fortsett å spise i en mindre, mindre trygg gruppe, eller gå sulten sammen med den større gruppen Hvis konflikten mellom fôring og oppfølging av en gruppe blir for stor, kan det være fordelaktig for noen dyr å splitte seg i undergrupper med tilsvarende næringsbehov. "

Bollt og hans kolleger innarbeider en kostnadsfunksjon i modellen for å fange disse spenningene. Dette legger til matematisk kompleksitet i arbeidet sitt, men det ble tydelig at det var nødvendig etter å ha diskutert køernes oppførsel med sin medforfatter, Marian Dawkins, en biolog med erfaring som forsker på kyr.

"Noen funn fra simuleringen var overraskende, " sa Bollt. "Man kunne tro at det ville være to statiske grupper av kyr - de raske spiserne og de langsomme spiserne - og at kyrene i hver gruppe utførte sine aktiviteter på en synkronisert måte. I stedet fant vi at det også var koer som flyttet frem og tilbake mellom de to. "

"Den primære årsaken er at dette komplekse systemet har to konkurrerende rytmer, " sa Bollt også. "Den store dyre gruppen hadde en raskere rytme, og den lille dyre gruppen hadde en langsommere rytme. For å sette det inn i konteksten kan en ku befinner seg i en gruppe, og etter en tid er gruppen for rask. Flytter seg til den langsommere gruppen, som er for sakte, men mens de beveger seg mellom de to gruppene, viser koen seg mer til faren for rovdyr, noe som forårsaker spenning mellom kuens behov for å spise og behovet for sikkerhet. "

Den eksisterende modell- og kostnadsfunksjonen kan brukes som grunnlag for å studere andre herdingsdyr. I fremtiden kan det til og med være mulig å inkorporere det i studier om menneskelig atferd i grupper. "Kostnadsfunksjonen er et kraftig verktøy for å utforske utfall i situasjoner hvor det er individuelle og gruppespenninger på spill, " sa Bollt.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av American Institute of Physics . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Kelum Gajamannage, Erik M. Bollt, Mason A. Porter, Marian S. Dawkins. Modellering av lavest kostnadsdeling av en flokk kyr ved å optimalisere en kostnadsfunksjon . Chaos: En Tverrfaglig Journal Of Nonlinear Science, 2017; 27 (6): 063114 DOI: 10, 1063 / 1, 4983671