连续异质空间迁移策略对合作进化的影响

The emergence and evolution of cooperation have always been a hot issue in evolutionary biology, and spatial migration provides a new way to study the emergence mechanism of cooperative behavior. In the previous works, it is assumed that the players in the game move by random walk, and do not consider the influence of the factors such as directional migration, adaptive diffusion and convection environment. By using the methods in evolutionary game theory, reaction-diffusion equation, computer simulation, we study the effects of directional migration based on individual fitness, adaptive diffusion and convection on the evolution of cooperation and abtain the condition of the emergence and persistence of cooperative behavior, the invasion condition, direction and speed of mutant strategy, the coexistence condition and spatiotemporal pattern of cooperative and selfish behavior, the coevolution condition and way of self-organized spatial pattern and cooperation behavior. It is expected that some new generation and evolution mechanisms of cooperative behavior are found. This project will provide some new mathematical models and theoretical guidance for the study of cooperative evolution.

合作的产生和进化一直是进化生物学中研究的热点和前沿问题, 空间迁移为研究合作行为的产生机制提供了新的思路。已有研究大都假设博弈个体做简单的随机扩散运动，没有反映定向迁移、适应性扩散及对流环境等因素对合作进化的影响。本项目拟借助进化博弈论、反应扩散方程和计算机数值模拟等相关理论和方法，研究基于适合度的定向迁移策略、适应性扩散策略和对流环境下的漂移策略对合作进化的影响，得到不同迁移策略条件下合作行为产生和持续生存的条件；得到对流环境下变异策略能够通过行波入侵原策略的条件、方向和速度；得到不同迁移策略条件下合作和背叛行为的共存条件和共存模式；揭示自组织空间模式与合作行为协同进化的条件和方式。相关研究可望揭示出新的合作行为生成及进化机制，为合作进化研究提供数学模型和理论指导。

合作的产生和进化一直是进化生物学中研究的热点和前沿问题, 空间迁移为研究合作行为的产生机制提供了新的思路。借助进化博弈论、反应扩散方程和计算机数值模拟等相关理论和方法，我们的研究不但考虑个体的随机扩散运动，而且考虑适合度的定向迁移策略、适应性扩散策略和对流环境下的漂移策略对系统的影响。. 在对流环境下的漂移策略对系统的影响研究中，我们研究了植物之间内部竞争反应对模型的图灵分支及自组织斑图的影响，也研究了下渗反馈效应对半干旱山坡地带条状斑图的影响。在研究过程中，我们主要利用Turing失稳基本原理，得到模型空间自组织斑图模式的生成机制，从而得到对流环境下各参数对空间自组织斑图模式的生成及模式改变的影响。在适应性反应扩散策略对系统性态的影响研究中，我们研究了空间异质环境中共位群内捕食者系统中种群的灭绝和共存，得到了系统非常数平衡态的存在性和唯一性。我们也研究了一类具有适应性捕食策略的共位群内捕食者的捕食系统的边界平衡点和正平衡点的稳定性以及系统的分支问题。我们也研究了一个描述平地上水植物相互关系的水植物模型，从理论上得到了当降雨量很小的时候模式解的存在性。我们还研究了一个具有非局部反应扩散的活化剂-抑制剂模型，探讨了非局部扩散对系统产生模式解的参数范围的影响。. 本项目的关于空间自组织斑图模式的生成机制以及动态发展的影响因素的研究结果具有很好的应用前景。一方面，我们的研究探讨了土地沙漠化的指示信号，从而为土地沙漠化的预警和防治提供理论指导。另一方面，我们的研究方法为研究三峡库区消落带提供了重要的研究思路，从而为我们的后期研究提供理论基础。我们准备结合三峡库区消落带的统计数据，考虑植被与水以及土壤等因素之间的相互反馈机制建立相应的动力学模型，通过分析模型的动力学性态和数值模拟，探索三峡库区消落带景观格局的变化规律，预测其发展趋势并提出相应的预防措施。