Die Mitglieder einer Elefantenherde kooperieren stark miteinander, indem sie beispielsweise gemeinsam ihre Jungen gegen Feinde verteidigen. Kommt bei einem Angriff durch Löwen eines der Gruppenmitglieder bei der Verteidigung ums Leben, so ist dies zwar ein Nachteil für das einzelne Tier, aber die gemeinsame Verteidigung hat dennoch den Erhalt der Gruppe gewährleistet. © M. Disdero. CC BY-SA 2.5
Gemeinsam sind wir stark – dieser Ansatz gilt auch in der Evolution. Denn wenn die einzelnen Mitglieder einer kleinen Populationen miteinander kooperieren und so dazu beitragen, dass sie gemeinsam die Ressourcen ihres Lebensraumes effizienter nutzen, können sie das Überleben der gesamten Population sichern. Im Gegensatz dazu kann Eigennutz tödlich sein und zum Aussterben einer Population führen. Wissenschaftler haben nun ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem man diese Zusammenhänge genauer als bisher simulieren kann.
Das Modell basiert auf der sogenannten Spieltheorie. Mit ihr kann etwa untersucht werden, wie sich Menschen verhalten, wenn ihnen ein Gewinn winkt. In einem solchen Szenario können die Teilnehmer unterschiedliche Strategien gewählen: Entweder maximiert sie ihren eigenen Gewinn auf Kosten aller anderen Mitspieler, oder sie erhöhen den Gewinn aller anderen Spieler, indem sie kooperieren, dafür jedoch die Chance auf den eigenen Maximalgewinn aufgeben.
Auch in der Natur gibt es solche Strategien, bei denen sich beispielsweise ein bestimmtes Merkmal durchsetzen kann, das zwar für das einzelne Individuum nachteilig ist, sich auf die Gruppe als Ganzes jedoch vorteilhaft auswirkt. Die Dynamiken solcher Strategien lassen sich mit der evolutionären Spieltheorie beschreiben.
Bei der Modellierung solcher Szenarien müssen verschiedenste Einflussfaktoren berücksichtigt werden: So kommt es etwa darauf an, wie die Individuen, die eine bestimmte Eigenschaft besitzen miteinander konkurrieren und wie dabei neue Eigenschaften entstehen. Auch die Änderung der Gruppengröße spielt hierbei eine wesentliche Rolle, denn in der Natur sterben ständig Individuen, werden neu geboren oder wandern ab. Diese Faktoren bedingen einander gegenseitig. Hervorgerufen werden diese Ereignisse durch den Zufall. Er bestimmt welches Individuum wann stirbt oder wie oft Individuen etwa um Nahrung konkurrieren.
Bisher arbeiteten die Forscher meist mit Modellen, bei denen die Populationsgröße konstant war. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich solche Modelle leichter mathematisch darstellen lassen. Sie bilden jedoch die Realität nicht gut ab, da natürliche Populationen ständig Schwankungen unterworfen sind.
Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön ist es nun gelungen, in ihrem Modell zu berücksichtigen, dass Populationsgrößen variieren, wenn sich deren Anpassung an die Umwelt verändert. Das ist etwa dann der Fall, wenn Individuen mit einer neuen Eigenschaft dazukommen. Dabei haben die Forscher die evolutionäre Spieltheorie zugrunde gelegt, bei der die Wahrscheinlichkeit einzelner Individuen, den Konkurrenzkampf zu gewinnen oder zu verlieren, berücksichtigt wird.
Wie das Modell der Forscher ergab, zahlt sich Zusammenarbeit aus: Demnach sind Populationen die hauptsächlich aus egoistischen Individuen bestehen kleiner, als solche mit vorwiegend kooperativen Mitgliedern. Darüber hinaus machten die Wissenschaftler noch eine spannende Entdeckung: Mit dem neuen Modell fanden sie heraus, dass sich Zufallseffekte vor allem bei kleinen Populationen viel stärker auswirken, als bei größeren. Wenn die Individuen einer solch kleinen Population stark miteinander konkurrieren besteht große Gefahr, dass die gesamte Population ausstirbt. Kooperieren die Mitglieder jedoch, ist dies weniger wahrscheinlich.
Max-Planck-Gesellschaft, 28. Juli 2015
Originalpublikation:
Weini Huang, Christoph Hauert, and Arne Traulsen. Stochastic game dynamics under demographic fluctuations. PNAS, 6. Juli 2015 doi: 10.1073/pnas.1418745112