自适应设计

很多的特点动物行为非常适合它们的功能,难以想象,他们偶然出现。回声定位能力通过蝙蝠,巢韦弗的演绎技巧鸟类(家庭文鸟科),报警信号的地松鼠都明显的用途,和机制,使他们非常类似于工程师将设计实现这些目的。然而,这样的自适应行为没有神圣的设计师,而是通过出现的过程自然选择。

自然选择是一种固有的优化过程:它支持那些版本的生物体的特征,包括行为的最好的使有机体传播它的基因复制到下一代替代版本较低的健康。创建一个正式的最优模型推断自适应“设计”的一个方法或函数的行为。使用一个工程或经济模型,以找出最佳的行为对于一个给定的生态问题的解决方案是一种指定的最佳设计范围广泛的选择可能性。因此,如果一个最优模型体现了一个准确的理解函数的行为,它可以预测的形式在本质上是观察到的行为。

使用的吸引力之一最优模型测试假设功能设计是这些模型产生定量预测可以很容易地检测到。如果一个模型的预测行为的形式不匹配现实,人知道立即的假设在模型中表达是错误的。例如,觅食蜜蜂经常回到蜂巢不到一个满载的花蜜最初,生物学家认为这是因为一只蜜蜂蜂巢最大化能源输送速度。然而,蜜蜂富勒她能飞的慢。因此,满载的运输被认为是抑制蜜蜂的花蜜。另一方面,当蜜蜂训练饲料从数组提供的鲜花,每一朵花一个固定数量的花蜜和花之间的飞行时间是变化改变觅食的时间和成本,蜜蜂的负载的大小没有最大化净能源输送到蜂巢。进一步分析显示,蜜蜂的决定时,她将回到蜂巢是基于觅食的最大化效率。显然,蜜蜂的行为,以实现最高的觅食效率而不是食品外卖的最高税率蜂巢。

应用最优方法的一个典型的例子理解的自适应设计行为是黄色的交配时间的研究粪便飞(Scatophaga stercoraria由英国进化生物学家)杰弗里·a·帕克。牛屎沉积在草地上后不久,它是由女性粪苍蝇来入侵他们鸡蛋粪便和寻求与雌性交配的雄性。男性对女性之间的竞争非常激烈。有时候一个男性成功踢竞争对手雌性在交配和挂载她自己。不幸的是第一男,这意味着一些女性的第二个男将受精的卵子。第一个男性交合的时间越长,越鸡蛋受精,但额外的回报交配时间迅速减少。男性应该花多少时间与雌性交配?他应该交配只要需要受精的鸡蛋(约100分钟),还是应该早些时候辞职(或允许自己被取代),这样他就可以去寻找一个新的女性吗?帕克推测,男性粪飞选择交配时间最大化他的整体速度蛋施。他测试假设使用一个图形化的最优模型。

男性粪飞之前刚刚完成与雌性交配可以用一个新的交配,他必须花平均156分钟寻找她。一旦他找到了一个新的女性,她的卵子受精的比例由他的交配时间是由女性决定的生理学,这被量化为一个基于实验测量值曲线。男性不能缩短所需的时间找到一个新的女性受精曲线或改变,但他可以停止交配。最优解决方案,假设他的决定关于交配持续时间是最大化自己的卵子受精,是交配41分钟。因为平均观察交配时间,38分钟,相当接近的预测时间41分钟,很明显,达尔文算法底层男性粪飞的交配行为符合最大化他的卵子受精。

第二种方式学习的自适应行为是达尔文所谓的设计比较方法,它利用了成千上万的“自然实验”在进化过程中所发生的(也就是说,在新物种的形成和演变的特点)。在这里,具体假设自然选择塑造了一个行为是如何测试。而不是简单地检查一个物种,行为研究人员收集数据同时从多个物种。这个想法是为了排版