基本信息
- 项目名称：
- 剪刀石头布模型下的栖息地破坏研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用剪刀石头布循环博弈模型在含有栖息地破坏的生境下进行蒙特卡罗模拟，得到了随着栖息地破坏的增加，物种灭绝概率呈现出先减后增的趋势的结论。并详细分析个因素的作用找出原因。所得出的结论为生态系统的栖息地破坏研究，保护生态系统，维持物种共存提供了一定参考价值。
- 详细介绍：
- 我们利用剪刀石头布循环博弈模型在含有栖息地破坏的生境下进行蒙特卡罗模拟，得到了物种灭绝概率与栖息地破坏程度以及物种移动能力的关系。随着栖息地破坏的增加，物种灭绝概率呈现出先减后增的趋势。为了解释这种现象，我们进一步研究了引起物种灭绝的单纯物种灭绝现象、生境隔离现象、物种捕食、繁殖、移动的行动成功率以及具有栖息地破坏的栖息地性质，认为物种灭绝概率首先减少是由于一定程度的栖息地破坏保护了被捕食者被过度捕食，而之后物种灭绝概率的大幅升高是最大封闭生境面积的急剧减小所致。这些结论为生态系统的栖息地破坏研究提供了一定的理论基础，并为保护生态系统，维持物种共存，建设人工生态系统提供了一定的指导性意见。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 生物多样性是影响物种进化的重要因素，而物种共存是维持生物多样性的关键。为了搞清栖息地破坏对生物多样性带来的影响以及栖息地破坏引起物种灭绝的根本原因，我们在物种循环博弈的“剪刀石头布”模型基础之上加入了栖息地破坏，研究物种灭绝概率与栖息地破坏程度以及物种移动能力的关系，并通过研究单纯物种灭绝现象、生境隔离现象、物种捕食、繁殖、移动的行动成功率等来对物种的灭绝现象进行解释。
科学性、先进性及独特之处
- 我们利用物种循环博弈的“剪刀石头布”模型来模拟自然界中的物种之间的相互关系，在栖息地中加入“隔板”代表栖息地的破坏并以此来阻断物种之间的相互作用。基于该模型，我们可以通过模拟得出物种的捕食、繁殖、移动等行为受到栖息地破坏的影响，通过统计的方法得出不同程度的破坏对栖息地的性质造成的影响，物种多样性受到栖息地破坏的方式、程度及原因
应用价值和现实意义
- 为生态系统的栖息地破坏研究提供了理论基础，解释了物种在不同程度栖息地破坏下灭绝的原因，并为保护生态系统，维持物种共存，建设人工生态系统提供了一定的指导性意见。
学术论文摘要
- 本文利用剪刀石头布循环博弈模型在含有栖息地破坏的生境下进行蒙特卡罗模拟，得到了物种灭绝概率与栖息地破坏程度以及物种移动能力的关系。随着栖息地破坏的增加，物种灭绝概率呈现出先减后增的趋势。为了解释这种现象，我们进一步研究了引起物种灭绝的单纯物种灭绝现象、生境隔离现象、物种捕食、繁殖、移动的行动成功率以及具有栖息地破坏的栖息地性质，认为物种灭绝概率首先减少是由于一定程度的栖息地破坏保护了被捕食者被过度捕食，而之后物种灭绝概率的大幅升高是最大封闭生境面积的急剧减小所致。这些结论为生态系统的栖息地破坏研究提供了一定的理论基础，具有一定的实际应用意义。
获奖情况
- 大连理工大学第八届“攀登杯”科技作品大赛一等奖
鉴定结果
- 准确
参考文献
- 1.Wang, W.-X., et al.Physical Review E, 2011. 83(1): p. 011917. 2.Pacala, D.T.a.S., University of Chicago Press, Chicago, 1993. pp. 13–25. 3.Yang, R., et al. Chaos, 2010. 20(2).
同类课题研究水平概述
- 一、剪刀石头布模型背景 剪刀石头布，即剪刀剪碎布、布包住石头、石头破坏剪刀的这种循环作用可以在自然界观察到，如生活在美国加利福尼亚的喉部呈黄、橙、蓝的雄性侧边斑点蜥。这三种雄性侧边斑点蜥蜴竞争磁性配偶的策略相互循环制约，形成了剪刀石头布博弈。另外，一些微生物的三个亚种之间存在着循环制约竞争资源的现象。 二、剪刀石头布模型研究 将剪刀石头布模型应用于二维方格阵模型中发现：物种的移动是生态系统的一项重要特征，从生物的迁徙到细菌的转移都是使生态系统维持正常运作的关键。Reichenbach在剪刀石头布的模型中引入了移动能力这一定义，观测到物种空间分布呈现螺旋波的形状，而正是由于这种螺旋波的形状对生态系统的稳定起着重要的作用。Wen-Xu Wang等人则是在剪刀石头布模型下研究了传染病对物种共存的影响，发现种内感染可以强烈的促进物种共存而种间感染则不行。 三、栖息地破坏研究介绍 由于栖息地破坏对生物多样性有着至关重要的影响，已经有了一系列的理论和实践方法对生物存活和特征的影响做了研究。实验方面，Kareiva在这个系统下的实验一直是一个经典。而考虑到自然界中生物间的主要关系是捕食关系，绝大多数研究栖息地破坏的文章是在捕食被捕食模型下实现的。从经典的Lotka和 Volterra于20世纪20年代提出的两物种的捕食被捕食模型开始，一大批文章就栖息地破坏对物种的影响进行研究，如Nariyuki Nakagiri, Kei-ichi Tainaka 就曾用相邻两格子间的隔板代表栖息地破坏来模拟现实世界中的栖息地破坏。这类基于捕食被捕食模型的研究通常有三种状态：空地、仅存在被捕食者、仅存在捕食者。通过分析这三种状态间的数量关系和变化趋势来理解栖息地破坏产生的影响。 四、本文的研究 本文是将栖息地破坏的规则同循环博弈的物种交流机制相结合，即在剪刀石头布模型的规则下探讨栖息地破坏。据我们了解，之前还没有人在这一方面上有过研究。我们利用二维的的方格阵进行分析，以期了解栖息地破坏对物种共存所带来的影响。
