البيئة والتطور وسلوك الحيوان
مستعمرات النمل وأسراب الطيور وشبكات الغذاء والغابات والجينات عبر الأجيال.
كائنات تتصرف بقواعد محلية، والمستعمرات والأسراب والأنظمة البيئية التي تنبثق منها. نشأت المحاكاة القائمة على الوكلاء في معظمها في علم البيئة. فالسرب أو مسار النمل مثال نموذجي على نمط لا يصممه أي فرد.
البحث عن الغذاء في مستعمرات النمل
نمل فردي يضع مسارات الفيرمونات ويتبعها، بلا قائد ولا خريطة.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف تجد المستعمرة أقصر طريق إلى الطعام ولا نملة تعرف الطريق؟
يُغفل: يستخدم النمل الحقيقي أيضًا البصر والصوت والتذوق، وتتجاهلها معظم نماذج المسارات.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحاكي آلاف النمل الباحث عن الغذاءمنذ: 1990 نموذج دونوبورغ وزملائه لتكوين مسارات النمل الأرجنتيني
مستعمرات نحل العسل
جامعات رحيق وحاضنات وكشافات تتقاسم العمل، وأسراب تختار موطنًا جديدًا بما يشبه التصويت.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف يختار سرب أفضل موقع للعش دون قائد؟
يُغفل: يفترض أن النحل يتبع قواعد بسيطة ثابتة، مع أن النحل الحقيقي يتفاوت وقد يخطئ.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحاكي اختيار سرب لموقع العشمنذ: 2003 نموذج باسينو وسيلي لاختيار نحل العسل موقع العش
التجمّع والسرب
كل طائر أو سمكة يتوجه بثلاث قواعد محلية: التباعد، والمحاذاة مع الجيران، والتماسك.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف تدور آلاف الحيوانات معًا كجسد واحد؟
يُغفل: تستجيب الأسراب الحقيقية للمفترسات والتضاريس، وهما ما تُسقطه القواعد الثلاث البسيطة.
تعمل على: نحو 1013 FLOPS تقريبي وحدة GPU للألعاب تحاكي آلاف العملاء الموجَّهينمنذ: 1987 نموذج الطيور الجماعية boids لكريغ رينولدز للتجمع
بناء تلال النمل الأبيض
النمل الأبيض يُسقط كريات التربة وينقلها، ويجري الهواء عبر البنية التي يبنيها.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف تبني حشرات بأدمغة صغيرة أبراجًا مهوّاة؟
يُغفل: يعتمد سلوك النمل الأبيض الحقيقي على إشارات كيميائية وبنيوية لا تُلتقط إلا جزئيًا.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي عنقود جامعي يحاكي النمل الأبيض الذي يُسقط الكريات وتدفق الهواءمنذ: 1999 نماذج بونابو وتيرو القائمة على التنسيق بالأثر (الستيغمرجي) لبناء النمل الأبيض
تجمّع عفن الوحل
أميبات حرة المعيشة تطلق إشارة كيميائية وتتبعها لتتدفق معًا في جسم واحد يشبه البزاقة عندما ينفد الغذاء.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف تتفق خلايا مستقلة بلا جهاز عصبي على أن تصير جسدًا واحدًا؟
يُغفل: ظروف المختبر أنقى بكثير من التربة التي يعيش فيها الكائن الحقيقي.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج تجمّع كيميائي انجذابيمنذ: 1970 نموذج كيلر وسيغل لتجمّع العفن الوحلي بالانجذاب الكيميائي
الحركة الجماعية للبكتيريا واستشعار النصاب
ملايين البكتيريا تستشعر إشارات بعضها الكيميائية لتتحول معًا إلى سلوك منسّق مثل الانتشار عبر سطح أو التوهّج.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف تعرف مجموعة من البكتيريا أن عددها صار كافيًا للتصرف معًا؟
يُغفل: السلالات المخبرية المزروعة في طبق تتصرف بتجانس أكبر من مجتمع ميكروبي مختلط حقيقي.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج مستعمرة قائمًا على العملاءمنذ: 1994 محاكاة مبكرة لدارات استشعار النصاب التي تنسق سلوك البكتيريا
أسراب الجراد الزاحفة
تتراصف الحشرات الفردية مع جاراتها عند كثافة عالية، وتبدأ الأسراب بالزحف معًا في اتجاه مشترك.
السؤال الذي تجيب عنه: عند أي كثافة يتحول الجراد من التجوال العشوائي إلى الزحف؟
يُغفل: بنية الموطن والغذاء غير مشمولتين، وأسراب الحشرات الحقيقية تتضمن الطيران.
تعمل على: نحو 107 FLOPS تقريبي محاكاة جسيمات ذاتية الدفع على محطة عمل.منذ: 2006 بول وزملاؤه، من الفوضى إلى النظام في الجراد الزاحف. المصدر
الحركة والبحث عن الغذاء
حيوانات تبحث في مشهد طبيعي عن الغذاء، تُنمذج كمشي عشوائي وقواعد قرار.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يبحث هذا الحيوان بكفاءة، وماذا يعرف عن مكان الطعام؟
يُغفل: ملاءمة إحصاء المشي لا تثبت ما يستشعره الحيوان فعلًا.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تلائم نموذج بحث عن الغذاء بالمشي العشوائيمنذ: 1996 نموذج رحلة ليفي في بحث طيور القطرس عن الغذاء لدى فيسواناثان وزملائه
الهجرة والملاحة
طيور أو سلاحف أو حيتان تقطع آلاف الكيلومترات بالشمس أو النجوم أو الرائحة أو المجال المغناطيسي.
السؤال الذي تجيب عنه: أي إشارات قد توصل طائراً في عامه الأول إلى القارة الصحيحة؟
يُغفل: ما زال الجدل قائماً حول أي إشارات تعتمد عليها الحيوانات الحقيقية وكيف تجمع بينها.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحاكي ملاحة الطيور بالإشاراتمنذ: 1996 محاكاة مبكرة لاستخدام الإشارات المغناطيسية والسماوية في ملاحة الطيور
حركة الحيوانات
سباحة أسماك وطيران حشرات وركض حيوانات، مع مقاومة المائع أو الأرض.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف تطير النحلة الطنانة، ولماذا تسبح الأسماك في تشكيل؟
يُغفل: أشكال الجناح والجسم المبسّطة تفوّت تفاصيل تتيحها أسطح حيوان حقيقي.
تعمل على: نحو 1014 FLOPS تقريبي عنقود جامعي يشغّل محاكاة طيران أو سباحة لجسم في مائعمنذ: 1994 نماذج ديناميكا الموائع المبكرة لطيران الحشرات
تطور السلوك
استراتيجيات مثل القتال أو المشاركة أو الغش، تُلعَب ضد بعضها عبر أجيال كثيرة.
السؤال الذي تجيب عنه: لماذا قد يساعد حيوان جاراً لا قرابة بينهما؟
يُغفل: الاستراتيجيات تأتي من قائمة اختارها واضع النموذج، لا من فضاء السلوك الكامل.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل بطولة لعبة تطوريةمنذ: 1981 التطور المحاكى لاستراتيجيات التعاون عند أكسلرود وهاملتون
نماذج تغريد الطيور وتعلّم الصوت
دارة دماغ طائر يافع لنسخ أغنية معلّم، تُنمذج كحلقة حسية حركية تقارن مناغاته بقالب محفوظ.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف يحوّل طائر صغير مناغاته إلى نسخة دقيقة من أغنية طائر بالغ؟
يُغفل: النماذج المبنية لتفسير طيور الغناء لا تنطبق بوضوح على الأصوات في الحيوانات الأخرى.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تدرّب نموذج تعلّم حسّي حركيمنذ: 2002 نماذج حاسوبية مبكرة لتعلّم الغناء عند الشرشور المخطط
نمذجة ميزانية الطاقة الديناميكية
ميزانية الطاقة الكاملة لحيوان واحد تُتتبَّع على مدى حياته: ما يأكله، وكيف تتوزع بين البقاء حيًّا والنمو والتكاثر.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف سينمو هذا الحيوان ويتكاثر في ظل إمداد غذائي ودرجة حرارة معيّنين؟
يُغفل: مجموعة صغيرة من المعاملات العامة لا تستطيع أن تلتقط الخصائص المحددة لكل نوع.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحلّ مجموعة صغيرة من معادلات تدفق الطاقةمنذ: 1986 نظرية ميزانية الطاقة الديناميكية لكويمان للكائنات الفردية
ديناميكا المفترس والفريسة
أعداد الصيادين والمصيدين ترتفع وتنخفض في دورات مترابطة، معادلات لوتكا–فولتيرا وأحفادها.
السؤال الذي تجيب عنه: لماذا تتذبذب أعداد الوشق والأرانب دورياً؟
يُغفل: للمجتمعات الحقيقية بنية عمرية ومكان وفرائس متعددة يتجاهلها النموذج.
تعمل على: نحو 109 FLOPS تقريبي حاسوب محمول يحلّ معادلات لوتكا–فولتيرامنذ: 1925 معادلات المفترس والفريسة لوتكا وفولتيرا
الشبكات الغذائية
من يأكل من عبر نظام بيئي كامل، وكيف تنتقل الطاقة فيه.
السؤال الذي تجيب عنه: ماذا يحدث لبقية النظام إذا اختفى نوع واحد؟
يُغفل: روابط التغذية الحقيقية أصعب قياسًا مما تفترضه شبكات النموذج.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحلّل استقرار شبكة غذائية نموذجيةمنذ: 1972 تحليل روبرت ماي لاستقرار شبكات غذائية نموذجية
ديناميكا الغابات
أشجار فردية تنبت وتتنافس على الضوء وتموت على مدى قرون.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف ستبدو هذه الغابة بعد مئتي عام؟
يُغفل: لا يزال من الصعب معايرة كيف سيستجيب نوع من الأشجار لمناخ متغيّر.
تعمل على: نحو 1013 FLOPS تقريبي عنقود جامعي يتتبّع أشجارًا فردية عبر قرونمنذ: 1970 نموذج الفجوات JABOWA لبوتكين وجاناك ووالس لتعاقب الغابات
إدارة المصايد والحياة البرية
أرصدة أسماك أو حيوانات تحت الحصاد، مع الولادة والنمو وعدم اليقين.
السؤال الذي تجيب عنه: كم يمكن صيده كل عام دون أن ينهار العدد؟
يُغفل: تقييمات المخزون السمكي تعتمد على بيانات صيد قد تكون ناقصة أو مُبلَّغاً عنها خطأً.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج تقييم مخزونمنذ: 1957 النموذج الديناميكي لبيفرتون وهولت للمجتمعات السمكية المستغلة
نطاقات الأنواع
أين تستطيع الأنواع أن تعيش، وكيف تتغير نطاقاتها مع تغير المناخ.
السؤال الذي تجيب عنه: أين سيتمكن هذا النوع من البقاء بعد خمسين سنة؟
يُغفل: يفترض أن المناخ هو القيد الرئيسي على المدى، فيقلل من أثر التنافس والانتشار.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تلائم نموذج مدى مناخي حيويمنذ: 1986 نماذج مبكرة للنطاق المناخي الحيوي تتنبأ بتوزّع الأنواع
أمراض الحياة البرية
عدوى تنتقل بين مجموعات الحيوانات، وتنتقل أحيانًا إلى البشر.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يمكن لهذا المرض أن يبيد المجتمع، وهل يمكن لطُعم التطعيم إيقافه؟
يُغفل: يصعب رصد معدلات المخالطة بين الحيوانات البرية مباشرة.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي عنقود جامعي يحاكي انتشار مرض في مجتمع بريمنذ: 1991 نماذج محاكاة مبكرة لانتشار داء الكَلَب بين مجتمعات الثعالب
نماذج النظم البيئية العامة
نموذج قائم على الآليات تأكل فيه كل أنواع الكائنات، من العوالق إلى الحيوانات الكبيرة، وتنمو وتتكاثر وتنتشر بقواعد مشتركة على امتداد الكرة الأرضية.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يمكن لأنماط عالمية في بنية النظم البيئية أن تنبثق من قواعد للكائنات الفردية؟
يُغفل: لا تُتتبَّع الأنواع الفردية، بل المجموعات الوظيفية فقط.
تعمل على: نحو 1014 FLOPS تقريبي تشغيلات عالمية قائمة على الأفواج لسنوات مُحاكاة كثيرةمنذ: 2014 Emergent global patterns of ecosystem structure and function from a mechanistic general ecosystem model (2014) المصدر
ديناميكا المجموعات السكانية الفوقية
يعيش نوع في رقع موطن كثيرة في مشهد طبيعي، فينقرض في بعضها ويعيد استيطان بعضها الآخر، ويسأل النموذج هل يبقى المجموع.
السؤال الذي تجيب عنه: هل سيبقى نوع في منظر طبيعي مجزّأ؟
يُغفل: يُمثَّل الانتشار بنواة بسيطة، وتُبقى جودة الموطن المحلية ثابتة.
تعمل على: نحو 108 FLOPS تقريبي محاكاة إشغال الرقع على حاسوب محمول.منذ: 1994 Hanski, a practical model of metapopulation dynamics. المصدر
النماذج البيئية القائمة على الأفراد
يُمثَّل كل نبات أو حيوان على حدة بحالته الخاصة، بحيث تنشأ أنماط المجتمع من حيوات فردية كثيرة.
السؤال الذي تجيب عنه: أي أنماط سكانية تنشأ من تفاعلات الأفراد؟
يُغفل: يصعب قياس معاملات كل فرد، ويصعب التحقق.
تعمل على: نحو 109 FLOPS تقريبي محاكاة قائمة على الأفراد لمشهد طبيعي على محطة عمل.منذ: 1988 Huston, DeAngelis and Post, new computer models unify ecological theory. المصدر
نماذج مرونة الشعاب المرجانية
يتنافس المرجان والطحالب والأسماك الراعية على شعبة مرجانية عبر النمو والرعي والاضطراب، ويسأل النموذج هل يمكن أن تنقلب الشعبة من المرجان إلى الطحالب.
السؤال الذي تجيب عنه: كم من الرعي يمنع الشعاب من الانقلاب إلى الطحالب؟
يُغفل: تُنمذج إمدادات اليرقات وآثار الاحترار بطرق مبسّطة.
تعمل على: نحو 108 FLOPS تقريبي محاكاة مكانية للشعاب المرجانية على حاسوب مكتبي.منذ: 2007 Mumby, Hastings and Edwards, thresholds and the resilience of Caribbean coral reefs. المصدر
شبكات مكانية للعائل والطفيلي المتطفل والآفات
تعيش المضائف والطفيليات المتطفلة على شبكة بحركة محلية، وتظهر أنماط حلزونية وفوضوية معقدة تُثبّت تفاعلات كانت ستبقى غير مستقرة.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يستطيع المكان أن يتيح للمفترسات والفرائس التعايش حيث لا يمكنها ذلك لولاه؟
يُغفل: المشاهد الطبيعية الحقيقية ليست شبكات منتظمة.
تعمل على: نحو 106 FLOPS تقريبي شبكات خرائط مقترنة على حاسوب محمول.منذ: 1991 Hassell, Comins and May, spatial structure and chaos in insect population dynamics. المصدر
تقييم استراتيجيات إدارة المصايد
يُشغَّل مخزون سمكي مُحاكى ومصيدته بقواعد حصاد مختلفة، مع بيانات مشوّشة وعدم يقين يُغذّى بهما كل قاعدة، لإيجاد قواعد تنجح رغم الخطأ.
السؤال الذي تجيب عنه: أي قاعدة حصاد تُبقي المخزون سليماً حين لا نعرف حجمه؟
يُغفل: تستند نماذج التشغيل إلى افتراضات عن بيولوجيا المخزون والصيادين قد تكون خاطئة.
تعمل على: نحو 109 FLOPS تقريبي آلاف إسقاطات الإدارة المحاكاة على عنقود حاسوبي.منذ: 1999 باترورث وبونت، تجارب في تقييم إجراءات الإدارة وتنفيذها. المصدر
نماذج النظام البيئي لتوازن الكتلة الغذائي
تُوصَف شبكة غذائية بحرية بأنها تدفقات متوازنة من الكتلة الحيوية بين المجموعات، ثم تُشغَّل عبر الزمن لرؤية أثر الصيد أو تغيّر المفترسات.
السؤال الذي تجيب عنه: ماذا يحدث للنظام البيئي كله حين يُصاد نوع واحد بشدة أكبر؟
يُغفل: تُجمَّع الفئات معًا، وبيانات النظام الغذائي ناقصة.
تعمل على: نحو 107 FLOPS تقريبي تشغيلات التوازن والديناميكا الزمنية على حاسوب محمول.منذ: 1997 والترز وكريستنسن وباولي، هيكلة نماذج ديناميكية للنظم البيئية المستغَلة انطلاقاً من تقييمات توازن الكتلة الغذائي. المصدر
نماذج النظام البيئي للعوالق
تترابط المغذيات والعوالق النباتية والحيوانية والفتات في الطبقة السطحية للمحيط بالنمو والرعي والهبوط.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف يستجيب إنتاج العوالق للضوء والمغذيات والاختلاط؟
يُغفل: أنواع كثيرة تُجمع في بضع مجموعات، وتختلف المعاملات بحسب المنطقة.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي مقترنة بنماذج دوران المحيطات على عنقود.منذ: 1990 فاشام ودوكلو وماكيلفي، نموذج قائم على النيتروجين لديناميكا العوالق في الطبقة المختلطة من المحيط. المصدر
نماذج الإثراء الغذائي للبحيرات
تُنمذَج المغذيات والطحالب والنباتات والأسماك في بحيرة ضحلة لمعرفة متى ينقلب الماء الصافي إلى عكر وكيف يمكن ترميمه.
السؤال الذي تجيب عنه: كم من المغذيات تستطيع بحيرة تحمّلها قبل أن يعكَر ماؤها، وهل سيعكس الترميم ذلك؟
يُغفل: تحتاج كل بحيرة إلى معايرة خاصة بها، وديناميكا الرواسب غير مؤكدة.
تعمل على: نحو 107 FLOPS تقريبي معادلات تفاضلية عادية على حاسوب محمول.منذ: 1995 Janse and Van Liere, PCLake, a modelling tool for evaluating lake restoration scenarios. المصدر
انتشار يرقات الكائنات البحرية والترابط
تُطلَق يرقات افتراضية من الشعاب وتحملها تيارات محيطية منمذجة، لبناء خريطة تبيّن أي تجمعات تمدّ أي تجمعات أخرى.
السؤال الذي تجيب عنه: أي شعاب تُمدّ أي شعاب، وما حجم المنطقة المحمية المطلوب؟
يُغفل: سلوك اليرقات ونفوقها قليل الرصد.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي تتبّع الجسيمات في ناتج نموذج المحيط على عنقود.منذ: 2006 كوين وزملاؤه، تدرّج الاتصال في المجتمعات البحرية. المصدر
نماذج مستعمرات نحل العسل والمشهد الطبيعي
حضنة مستعمرة نحل كاملة وعاملاتها ومخزونها تُحاكى يومًا بيوم، مع جامعات رحيق يسحبن من أزهار عبر مشهد طبيعي ويواجهن العث والمبيدات والطقس.
السؤال الذي تجيب عنه: هل ستنجو هذه المستعمرة من الشتاء في هذا المنظر الطبيعي؟
يُغفل: إمداد الأزهار في المنظر الطبيعي وقرارات النحل مبسّطة، وفقدان الملكة والمرض مشمولان بخشونة فقط.
تعمل على: نحو 109 FLOPS تقريبي دقائق لكل سنة مستعمرة على حاسوب محمول.منذ: 2014 نموذج BEEHAVE لبيشر وزملائه لديناميكا مستعمرات نحل العسل والبحث عن الغذاء. المصدر
خدمة التلقيح عبر المشاهد الطبيعية
تُرسم مواقع تعشيش النحل البري ومصادر الأزهار عبر منظر طبيعي، ويُعطى كل حقل محاصيل تقديراً للملقّحات التي تزوره.
السؤال الذي تجيب عنه: كم من تلقيح المحاصيل يوفره الموطن المحيط، وماذا لو أُزيل؟
يُغفل: يُختزل بحث النحل عن الغذاء إلى تناقص بحسب المسافة من الخلايا، ووفرة النحل مؤشر ضعيف لغلة المحصول الفعلية.
تعمل على: نحو 108 FLOPS تقريبي من ثوانٍ إلى دقائق لكل منطقة على حاسوب محمول.منذ: 2009 نموذج لونسدورف وزملائه لخدمات التلقيح عبر المشاهد الزراعية. المصدر
نماذج انتشار البذور وحبوب اللقاح بالرياح
بذور وحبوب لقاح تُطلَق في هواء مضطرب تُحمَل مع الريح وتسقط عشوائيًا، فتبني توزيعًا لأماكن هبوطها.
السؤال الذي تجيب عنه: ما المسافة التي تقطعها بذور نبتة، وبأي سرعة يمكنها الانتشار؟
يُغفل: القفزات الطويلة النادرة هي الأهم للانتشار لكنها الأصعب قياسًا، فذيل التوزيع معروف بصورة سيئة.
تعمل على: نحو 108 FLOPS تقريبي دقائق على حاسوب محمول.منذ: 1989 الإطار النظري لأوكوبو وليفين لتحليل بيانات انتشار البذور وحبوب اللقاح بالرياح. المصدر
التنبؤ البيئي قصير الأمد
يُشغَّل نموذج نظام بيئي إلى الأمام أيامًا إلى سنوات ويُحدَّث كلما وصلت ملاحظات جديدة، كما يُفعل في التنبؤ بالطقس.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يمكن التنبؤ بحالة بحيرة أو غابة أو مصيدة في الموسم القادم، بحدود خطأ صادقة؟
يُغفل: البيانات البيئية شحيحة مقارنةً ببيانات الطقس، والعمليات أقل معرفة، فكثيرًا ما تتفوق التنبؤات بالكاد على خط أساس بسيط.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي مجموعات من آلاف التشغيلات تُحدَّث على عنقود.منذ: 2018 إطار ديتزه وزملائه للتنبؤ البيئي المتكرر على المدى القريب. المصدر
نماذج الأنظمة البيئية بطيف الحجم
كل الكائنات في نظام بيئي مجمَّعة بحسب حجم الجسم، مع انتقال الطاقة من الصغير إلى الكبير بالأكل والتعرّض للأكل، ويُحدَّد النمو والوفيات بالحجم وحده.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف يعيد ضغط الصيد تشكيل التوازن بين الأسماك الصغيرة والكبيرة في البحر؟
يُغفل: تُهمَل هوية النوع، فتُعامَل المفترسات المتساوية الحجم المختلفة الغذاء كأنها واحدة.
تعمل على: نحو 109 FLOPS تقريبي من دقائق إلى ساعات على محطة عمل.منذ: 1978 المعادلة المعتمدة على الزمن لسيلفرت وبلات لتدفق الطاقة عبر النظام البيئي المفتوح بحسب الحجم. المصدر
نماذج المجتمع المحايدة
مجتمع من الأنواع يُعامَل كأنه متطابق في الولادة والموت والانتشار، ولا يحدد أيّها شائع إلا الصدفة والهجرة.
السؤال الذي تجيب عنه: كم من نمط وفرة الأنواع لا يتطلب أي اختلافات بينها على الإطلاق؟
يُغفل: تختلف الأنواع الحقيقية بوضوح، فيعمل النموذج كخط أساس صفري لا كوصف لأي مجتمع بعينه.
تعمل على: نحو 109 FLOPS تقريبي دقائق على حاسوب محمول.منذ: 1976 تحليل النموذج المحايد لبنية المجتمع الحيوي عند كاسويل. المصدر
علم الوراثة السكانية
متغيرات جينية تنجرف وتتحور وتُنتخب عبر الأجيال.
السؤال الذي تجيب عنه: كم من التباين الذي نراه محض صدفة، وكم منه انتقاء؟
يُغفل: تنتهك المجتمعات الحقيقية الافتراضات المبسّطة للتزاوج العشوائي والحجم الثابت.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي عنقود جامعي يحاكي الانجراف والانتخاب عبر جينوممنذ: 1964 محاكاة حاسوبية مبكرة للانجراف الوراثي في ظل النظرية المحايدة
محاكاة الاندماج والتطور الشجري
أشجار عائلية للجينات أو الأنواع تُحاكى إلى الوراء في الزمن لاختبار طرق قراءة الـ DNA الحقيقي.
السؤال الذي تجيب عنه: هل تستطيع الطريقة استعادة التاريخ الحقيقي من الـ DNA؟
يُغفل: يفترض تاريخًا سكانيًا بسيطًا؛ والديموغرافيا الحقيقية أعقد.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحاكي أشجار الجينات إلى الوراء في الزمنمنذ: 1983 برنامج هدسون المبكر لمحاكاة الاندماج الجيني لعلم الوراثة السكانية
أصل الحياة
مواد كيميائية بسيطة تشكّل شبكات تنسخ نفسها وتتنافس.
السؤال الذي تجيب عنه: كيف يمكن للكيمياء أن تعبر الحدّ إلى الأحياء؟
يُغفل: لم تنتج أي محاكاة حتى الآن شيئًا يُعدّ حيًّا.
تعمل على: نحو 1012 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحاكي شبكات كيميائية ذاتية التضاعفمنذ: 1971 نماذج الدورة الفائقة لآيغن وشوستر للكيمياء ذاتية التضاعف
التطور المشترك بين المضيف والطفيلي
مضائف تطوّر دفاعات وطفيليات تطوّر طرقًا للالتفاف عليها، وكل جيل من المجتمع المحاكى يستجيب للآخر في سباق تسلح منمذج لا فائز ثابت فيه.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يبلغ سباق التسلح بين المضيف والطفيلي توازنًا، أم يستمر إلى ما لا نهاية دون أن يكسب أي طرف ميزة دائمة؟
يُغفل: المضائف والطفيليات الحقيقية تتطور معًا مع كل شيء آخر في بيئتها في الوقت نفسه.
تعمل على: نحو 1011 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج تطوّر مشترك عبر أجيال متعددةمنذ: 1990 محاكاة مبكرة لاختبار فرضية الملكة الحمراء للتطور المشترك
نماذج نشوء الأنواع والتطور الكبير
سلالات تنقسم وتستمر وتنقرض على مدى ملايين السنين المحاكاة، لاختبار أي أنماط من التنوع وشكل شجرة العائلة تنتجها قواعد بسيطة.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يمكن أن يكون نمط الأنواع الذي نراه قد نشأ من ولادة السلالات وموتها البسيطين وحدهما؟
يُغفل: السجلات الأحفورية والوراثية متقطعة، فيمكن لقواعد مختلفة كثيرة أن تلائم النمط نفسه.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحاكي عمليات تفرّع الولادة والموتمنذ: 1969 نماذج مبكرة للولادة والموت في التنوع تُستخدم لدراسة الأشجار التطورية
الانتقاء الجنسي وتطوّر اختيار الشريك
مجتمع مُحاكى تتطور فيه زينة وتفضيل لها معًا، لاختبار هل يمكن لاختيار الإناث وحده أن ينفلت إلى حدّ أقصى.
السؤال الذي تجيب عنه: هل يستطيع اختيار الأزواج وحده أن يدفع سمة إلى حدّ أقصى مسرف ومكلف؟
يُغفل: يفترض أن التفضيل والسمة موروثان ببساطة، وهذا أبسط من معظم اختيار الأزواج في الواقع.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذجًا وراثيًا لصفات متقارنةمنذ: 1981 النموذج الجيني السكاني للانتقاء الجنسي الجامح لدى لاندي
الديناميكا التكيفية للتطور المشترك
تتطور سمة بطفرات صغيرة الأثر تُختبر مقابل المجتمع الحالي، فتؤدي إلى حالات تطورية مستقرة أو إلى التفرع.
السؤال الذي تجيب عنه: أين يستقر التطور، ومتى تنقسم سلالة إلى فرعين؟
يُغفل: يفترض طفرات نادرة وفضاءات سمات بسيطة.
تعمل على: نحو 106 FLOPS تقريبي تحليل ومحاكاة على حاسوب محمول.منذ: 1996 ديكمان ولو، النظرية الديناميكية للتطور المشترك المشتقة من العمليات البيئية العشوائية. المصدر
نماذج مجتمعات المحرّك الجيني
عنصر وراثي ينتشر أسرع من الوراثة العادية يُطلَق في مجتمع مُنمذَج لمعرفة ما إذا كان بوسعه كبح نوع من الآفات أو تغييره.
السؤال الذي تجيب عنه: هل سينتشر محرك جيني في مجموعة سكانية برية، وهل تستطيع المقاومة إيقافه؟
يُغفل: انتشار الكائنات الحقيقي وتطوّر المقاومة معروفان بصورة سيئة قبل الإطلاق.
تعمل على: نحو 108 FLOPS تقريبي محاكاة مكانية للتجمعات السكانية مع علم الوراثة على حاسوب مكتبي.منذ: 2003 بيرت، الجينات الأنانية المخصصة لمواقع بعينها كأدوات للتحكم في المجتمعات الطبيعية وهندستها وراثيًا. المصدر
محاكاة الجينوم إلى الأمام في الزمن
يُتتبَّع كل فرد وجينومه عبر الأجيال، مع الانتخاب والارتباط وديموغرافيا متنوعة، لمعرفة كيف تنشأ أنماط الـ DNA الحقيقية.
السؤال الذي تجيب عنه: ماذا يتركه الانتخاب وتاريخ التجمّع السكاني في جينومات نوع ما؟
يُغفل: تُصغَّر أحجام المجتمعات ليكون التشغيل ممكنًا، مما يشوّه التوازن بين الانتقاء والانجراف.
تعمل على: نحو 1014 FLOPS تقريبي أيام على عنقود لمجتمع كبير عبر أجيال كثيرة.منذ: 2013 SLiM لميسّر، وهو محاكي تطوّر أمامي الزمن مع الانتقاء والارتباط. المصدر
استراتيجيات تنازع الحيوانات
أفراد يلتقون عشوائيًا للتنافس على مورد يختارون من استراتيجيات ثابتة، ويستقر المزيج عند ما لا يستطيع أي متحوّل تحسينه.
السؤال الذي تجيب عنه: متى يكون القتال أو التراجع هو الأفضل، بالنظر إلى ما يفعله الآخرون؟
يُغفل: تُختزل الحيوانات إلى قائمة قصيرة من الاستراتيجيات بلا تعلم أو ذاكرة أو فروق فردية.
تعمل على: نحو 106 FLOPS تقريبي ثوانٍ على حاسوب محمول.منذ: 1973 Maynard Smith and Price's 'The logic of animal conflict'. المصدر
تحليل قابلية بقاء المجموعات السكانية
ولادات مجتمع صغير مهدد ووفياته وكوارثه تُدار إلى الأمام مرات كثيرة لتقدير احتمال بقائه ولأي مدة.
السؤال الذي تجيب عنه: ما احتمال انقراض هذه المجموعة السكانية خلال المئة عام القادمة؟
يُغفل: العينات الصغيرة من نوع نادر تترك أرقام المدخلات نفسها شديدة الغموض.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل آلاف المسارات العشوائيةمنذ: 1980 نماذج عشوائية مبكرة لتقدير خطر الانقراض للأنواع المهددة
تصميم المحميات والممرات
تُقيَّم المواقع المرشَّحة والروابط بينها مقابل الكلفة والأنواع التي ستحميها، وتُبحث عن أصغر شبكة محميات تغطي أكبر قدر.
السؤال الذي تجيب عنه: أي مجموعة من قطع الأرض تحمي أكبر عدد من الأنواع بأقل كلفة؟
يُغفل: يحسّن لبيانات الأنواع الموجودة، وهي جزء ضئيل مما يعيش فعلًا هناك.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحلّ مسألة تحسين لاختيار المحمياتمنذ: 1988 خوارزميات منهجية مبكرة لاختيار المحميات لتخطيط الحفاظ على الطبيعة
تخطيط إعادة الإدخال والنقل
مجموعة مؤسِّسة صغيرة تُطلَق في موطن جديد أو سابق، وتُتابَع إلى الأمام لمعرفة هل ستستقر، بحسب السعة الاستيعابية للمنطقة ووراثة المؤسسين.
السؤال الذي تجيب عنه: هل سيؤدي إطلاق هذه الحيوانات هنا فعلاً إلى تكوّن تجمع دائم؟
يُغفل: غالبًا ما تُقدَّر جودة الموطن وخطر المرض في موقع الإطلاق تقديرًا تقريبيًا بدل قياسها.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج مجتمع مؤسِّسمنذ: 1990 نماذج محاكاة مبكرة استُخدمت لتخطيط إعادة إدخال ثديي كبير
انتشار الأنواع الغازية
نوع دخيل ينتشر عبر مشهد طبيعي خلية بخلية، وأثر الحواجز أو الاستئصال أو المكافحة الحيوية في مدى وصوله.
السؤال الذي تجيب عنه: ما سرعة انتشار هذا الغازي، وأين ينبغي أن يبدأ جهد المكافحة؟
يُغفل: كثيرًا ما ينتشر الغزاة الجدد بطرق لم يهيّئ أي غزو سابق النموذج لها.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج انتشار على المشهد الطبيعيمنذ: 1951 نموذج سكيلام للانتشار في مجموعة سكانية منتشرة
ألعاب الصيد الجائر ودوريات مكافحته
حرّاس وصيادون جائرون كلاعبين في لعبة متكررة على خريطة منطقة محمية، تُستخدم لتحديد أين ينبغي أن تذهب الدوريات حين لا تستطيع التواجد في كل مكان.
السؤال الذي تجيب عنه: أين ينبغي أن يتجول عدد محدود من الحرّاس لتحقيق أكبر أثر ضد صياد جائر استراتيجي؟
يُغفل: يفترض صيادًا جائرًا عقلانيًا وصبورًا، مع أن الكثير منه انتهازي.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تحلّ لعبة أمنية على خريطة دورياتمنذ: 2014 نماذج ألعاب أمنية مبكرة طُبقت على جدولة دوريات حرس الحياة البرية
نمذجة إعادة التوحّش والشلالات الغذائية
مفترس أو نوع محوري آخر يُعاد إلى شبكة غذائية، ويُتابَع أثره المتسلسل في الفرائس والنباتات وحتى الأنهار.
السؤال الذي تجيب عنه: ماذا يحدث لبقية النظام البيئي إذا أعدنا هذا النوع؟
يُغفل: الأعطال المتتالية المشهورة استغرق انكشافها عقوداً، ونمذجتها بعد وقوعها أسهل من توقعها.
تعمل على: نحو 1010 FLOPS تقريبي محطة عمل مكتبية تشغّل نموذج شبكة غذائية متعددة الأنواعمنذ: 1995 ذئاب أُعيد إدخالها إلى يلوستون، ثم نُمذجت لاحقاً لآثارها المتتالية