Ученые из Complexity Science Hub и Santa Fe Institute разработали новый математический модель, которая позволяет рассчитывать идеальную скорость обучения организма в зависимости от его жизненного цикла и изменений в окружающей среде. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Каждый день мы сталкиваемся с новым миром и адаптируемся к изменениям. В биологии этот вопрос становится вопросом выживания: все организмы, от бактерий до китов, должны приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям.
Например, животные должны знать, где искать пищу, даже когда источники питания изменяются с сезонами. Однако процесс обучения требует времени и энергии: организм, который учится слишком медленно, отстает от изменений, а тот, кто учится слишком быстро, тратит усилия на несущественные колебания.
Новая модель предоставляет количественный ответ на вопрос: какова оптимальная скорость обучения для организма в меняющемся мире. Ключевое понимание заключается в том, что идеальная скорость обучения увеличивается независимо от темпа изменений окружающей среды.
Модель предсказывает универсальный закон: скорость обучения должна пропорционально изменяться в зависимости от изменения окружающей среды. Например, если среда колеблется вдвое медленнее, скорость обучения организма должна уменьшиться в 1,4 раза.
Ученые также рассматривают, как способность организмов активно изменять свою среду — так называемое «строительство ниши» — дает им эволюционное преимущество. Однако это преимущество может исчезнуть, если другие организмы также начнут использовать созданные ресурсы.
Также важно учитывать, как способности к обучению взаимодействуют с метаболическими затратами. Для короткоживущих организмов, таких как насекомые, затраты на обучение имеют первостепенное значение, тогда как для более крупных и долгоживущих животных, таких как млекопитающие, эти затраты значительно меньше.
Модель предлагает количественную основу для понимания того, как организмы балансируют потребности обучения и выживания в постоянно меняющемся мире. Результаты исследования указывают на оптимальный темп адаптации, настроенный на скорость изменений окружающей среды и продолжительность жизни организма.