Ekologi, evolusi, dan perilaku hewan
Koloni semut, kawanan, jaring makanan, hutan, dan gen lintas generasi.
Organisme bertindak menurut aturan lokal, dan koloni, kawanan, serta ekosistem yang muncul darinya. Simulasi berbasis agen tumbuh sebagian besar dari ekologi. Kawanan atau jejak semut adalah contoh utama pola yang tidak dirancang oleh individu mana pun.
Pencarian makan koloni semut
Semut individual meletakkan dan mengikuti jejak feromon, tanpa pemimpin dan tanpa peta.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana koloni menemukan jalur terpendek menuju makanan padahal tak ada semut yang tahu jalannya?
Mengabaikan: Semut nyata juga memakai penglihatan, bunyi, dan rasa, yang diabaikan sebagian besar model jejak.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang mensimulasikan ribuan semut pencari makanSejak: 1990 Model pembentukan jejak semut Argentina oleh Deneubourg dan rekan-rekannya
Koloni lebah madu
Pencari makan, perawat, dan pengintai berbagi pekerjaan, dan kawanan memilih rumah baru lewat semacam pemungutan suara.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana kawanan memilih lokasi sarang terbaik tanpa pemimpin?
Mengabaikan: Mengasumsikan lebah mengikuti aturan sederhana yang tetap, padahal lebah sungguhan beragam dan bisa salah.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang mensimulasikan pilihan lokasi sarang oleh sebuah kawananSejak: 2003 Model pemilihan lokasi sarang lebah madu Passino dan Seeley
Perilaku kawanan dan gerombolan ikan
Setiap burung atau ikan mengarahkan diri dengan tiga aturan lokal: pemisahan, penyelarasan dengan tetangga, dan kohesi.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana ribuan hewan berbelok bersama sebagai satu kesatuan?
Mengabaikan: Kawanan nyata menanggapi pemangsa dan medan yang tidak dimasukkan tiga aturan sederhana itu.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar GPU gaming yang mensimulasikan ribuan agen yang dikemudikanSejak: 1987 Model boids Craig Reynolds untuk perilaku kawanan
Pembangunan gundukan rayap
Rayap menjatuhkan dan memindahkan butiran tanah, dan udara yang mengalir melalui struktur yang mereka bangun.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana serangga berotak kecil membangun menara berventilasi?
Mengabaikan: Perilaku rayap nyata bergantung pada isyarat kimia dan struktural yang hanya sebagian tertangkap.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar klaster universitas yang mensimulasikan rayap penjatuh butiran dan aliran udaraSejak: 1999 Model stigmergik Bonabeau dan Theraulaz untuk pembangunan sarang rayap
Agregasi jamur lendir
Amuba hidup bebas yang melepaskan dan mengikuti isyarat kimia untuk mengalir bersama menjadi satu tubuh mirip siput saat makanan habis.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana sel-sel mandiri tanpa sistem saraf bersepakat menjadi satu tubuh?
Mengabaikan: Kondisi laboratorium jauh lebih bersih daripada tanah tempat organisme nyata hidup.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model agregasi kemotaksisSejak: 1970 Model agregasi kemotaktik jamur lendir Keller dan Segel
Pergerakan bergerombol bakteri dan pengindraan kuorum
Jutaan bakteri merasakan sinyal kimia satu sama lain untuk beralih bersama menjadi perilaku terkoordinasi, seperti merayap di permukaan atau menyala.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana populasi bakteri tahu kapan jumlahnya cukup untuk bertindak bersama?
Mengabaikan: Galur laboratorium yang ditumbuhkan di cawan berperilaku lebih seragam daripada komunitas mikroba campuran yang nyata.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model koloni berbasis agenSejak: 1994 simulasi awal sirkuit pengindraan kuorum yang mengoordinasikan perilaku bakteri
Barisan belalang berbaris
Serangga individual menyelaraskan diri dengan tetangga pada kepadatan tinggi, dan pita-pita mulai berbaris bersama ke arah yang sama.
Pertanyaan yang dijawabnya: Pada kepadatan berapa belalang beralih dari mengembara acak ke berbaris?
Mengabaikan: Struktur habitat dan makanan tidak disertakan, dan kawanan nyata melibatkan penerbangan.
Berjalan di: sekitar 107 FLOPS kasar simulasi partikel penggerak sendiri di workstation.Sejak: 2006 Buhl dan rekan-rekannya, dari kekacauan menuju keteraturan pada belalang yang berbaris. sumber
Gerakan dan mencari makan
Hewan yang mencari makanan di lanskap, dimodelkan sebagai jalan acak dan aturan keputusan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apakah hewan ini mencari dengan efisien, dan apa yang diketahuinya tentang letak makanan?
Mengabaikan: Menyesuaikan statistik jalan tidak menetapkan apa yang sebenarnya diindra hewan itu.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang menyesuaikan model pencarian makan jalan acakSejak: 1996 Model penerbangan Lévy Viswanathan dan rekan untuk pencarian makan albatros
Migrasi dan navigasi
Burung, penyu, atau paus yang menempuh ribuan kilometer memakai matahari, bintang, bau, atau medan magnet.
Pertanyaan yang dijawabnya: Petunjuk apa yang bisa mengantar burung tahun pertama ke benua yang tepat?
Mengabaikan: Petunjuk mana yang diandalkan hewan nyata, dan bagaimana mereka menggabungkannya, masih diperdebatkan.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang mensimulasikan navigasi burung berbasis petunjukSejak: 1996 simulasi awal pemakaian petunjuk magnetik dan langit dalam navigasi burung
Gerak hewan
Ikan berenang, serangga terbang, dan hewan berlari, dengan fluida atau tanah yang mendorong balik.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana seekor lebah bumble terbang, dan mengapa ikan berenang dalam formasi?
Mengabaikan: Bentuk sayap dan tubuh yang disederhanakan melewatkan detail yang diberikan permukaan hewan nyata.
Berjalan di: sekitar 1014 FLOPS kasar klaster universitas yang menjalankan simulasi penerbangan atau renang benda-fluidaSejak: 1994 model dinamika fluida awal untuk penerbangan serangga
Evolusi perilaku
Strategi seperti melawan, berbagi, atau curang, dimainkan satu sama lain selama banyak generasi.
Pertanyaan yang dijawabnya: Mengapa seekor hewan membantu tetangga yang tidak sekerabat?
Mengabaikan: Strategi berasal dari menu yang dipilih pembuat model, bukan dari seluruh ruang perilaku.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan turnamen permainan evolusionerSejak: 1981 Evolusi tersimulasi strategi kerja sama oleh Axelrod dan Hamilton
Model nyanyian burung dan pembelajaran vokal
Sirkuit otak burung muda untuk meniru nyanyian gurunya, dimodelkan sebagai lingkaran sensorimotor yang membandingkan celotehannya sendiri dengan templat yang dihafal.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana burung muda mengubah celotehan menjadi tiruan akurat dari nyanyian burung dewasa?
Mengabaikan: Model yang dibuat untuk menjelaskan burung penyanyi belum tentu berlaku umum untuk vokalisasi pada hewan lain.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar workstation desktop yang melatih model pembelajaran sensorimotorSejak: 2002 model komputasi awal untuk pembelajaran nyanyian pada finch zebra
Pemodelan anggaran energi dinamis
Seluruh anggaran energi seekor hewan diikuti sepanjang hidupnya: apa yang dimakannya, dan bagaimana dibagi antara bertahan hidup, tumbuh, dan berkembang biak.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana hewan ini akan tumbuh dan berkembang biak dengan pasokan makanan dan suhu tertentu?
Mengabaikan: Sekumpulan kecil parameter universal tidak bisa menangkap ciri khusus setiap spesies.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menyelesaikan sekumpulan kecil persamaan aliran energiSejak: 1986 Teori anggaran energi dinamis Kooijman untuk organisme individual
Dinamika pemangsa-mangsa
Jumlah pemburu dan buruan naik dan turun dalam siklus terkait, persamaan Lotka-Volterra dan turunannya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Mengapa populasi lynx dan kelinci hutan berosilasi secara siklis?
Mengabaikan: Populasi nyata punya struktur umur, ruang, dan banyak mangsa yang diabaikan model.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar laptop yang menyelesaikan persamaan Lotka-VolterraSejak: 1925 Persamaan mangsa-pemangsa Lotka dan Volterra
Jaring makanan
Siapa memakan siapa di seluruh ekosistem, dan bagaimana energi bergerak melaluinya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apa yang terjadi pada sistem lainnya jika satu spesies lenyap?
Mengabaikan: Hubungan makan nyata lebih sulit diukur daripada yang diasumsikan jaringan model.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menganalisis kestabilan model jaring makananSejak: 1972 Analisis stabilitas jaring makanan model oleh Robert May
Dinamika hutan
Pohon individual berkecambah, bersaing memperebutkan cahaya, dan mati selama berabad-abad.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa hutan ini dua ratus tahun lagi?
Mengabaikan: Bagaimana suatu spesies pohon akan menanggapi perubahan iklim masih sulit dikalibrasi.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar klaster universitas yang melacak pohon-pohon individual selama berabad-abadSejak: 1970 Model celah JABOWA Botkin, Janak, dan Wallis untuk suksesi hutan
Pengelolaan perikanan dan satwa liar
Stok ikan atau hewan yang dipanen, dengan kelahiran, pertumbuhan, dan ketidakpastian.
Pertanyaan yang dijawabnya: Berapa banyak yang bisa ditangkap tiap tahun tanpa membuat populasinya runtuh?
Mengabaikan: Penilaian stok bergantung pada data tangkapan yang bisa tidak lengkap atau salah lapor.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model penilaian stokSejak: 1957 Model dinamis Beverton dan Holt untuk populasi ikan yang dieksploitasi
Wilayah sebaran spesies
Di mana spesies bisa hidup, dan bagaimana wilayah sebarannya bergeser seiring perubahan iklim.
Pertanyaan yang dijawabnya: Di mana spesies ini bisa bertahan hidup lima puluh tahun lagi?
Mengabaikan: Mengasumsikan iklim adalah batas utama sebaran, sehingga meremehkan persaingan dan penyebaran.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang menyesuaikan model sebaran bioklimatikSejak: 1986 model selubung bioklimatik awal yang memprediksi sebaran spesies
Penyakit satwa liar
Infeksi bergerak melalui populasi hewan, dan kadang menular ke manusia.
Pertanyaan yang dijawabnya: Mungkinkah penyakit ini memusnahkan populasi, dan bisakah umpan vaksinasi menghentikannya?
Mengabaikan: Laju kontak antarhewan liar sulit diamati langsung.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar klaster universitas yang mensimulasikan penyebaran penyakit di populasi liarSejak: 1991 model simulasi awal untuk penyebaran rabies di populasi rubah
Model ekosistem umum
Model mekanistik tempat setiap jenis organisme, dari plankton sampai hewan besar, makan, tumbuh, berkembang biak, dan menyebar menurut aturan yang sama di seluruh dunia.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah pola global struktur ekosistem muncul dari aturan untuk organisme individual?
Mengabaikan: Spesies individual tidak dilacak, hanya kelompok fungsional.
Berjalan di: sekitar 1014 FLOPS kasar Simulasi global berbasis kohort untuk banyak tahun tersimulasiSejak: 2014 Emergent global patterns of ecosystem structure and function from a mechanistic general ecosystem model (2014) sumber
Dinamika metapopulasi
Satu spesies hidup di banyak petak habitat dalam lanskap, punah di beberapa petak dan dikolonisasi ulang di petak lain, dan model menanyakan apakah keseluruhannya bertahan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Akankah sebuah spesies bertahan di lanskap yang terfragmentasi?
Mengabaikan: Penyebaran direpresentasikan dengan kernel sederhana dan kualitas habitat lokal dianggap tetap.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar simulasi hunian petak di laptop.Sejak: 1994 Hanski, model praktis dinamika metapopulasi. sumber
Model ekologi berbasis individu
Setiap tumbuhan atau hewan direpresentasikan terpisah dengan keadaannya sendiri, sehingga pola populasi muncul dari banyak kehidupan individu.
Pertanyaan yang dijawabnya: Pola populasi apa yang muncul dari interaksi antarindividu?
Mengabaikan: Parameter tiap individu sulit diukur dan validasinya sulit.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar simulasi berbasis individu untuk satu lanskap di workstation.Sejak: 1988 Huston, DeAngelis, dan Post, model komputer baru menyatukan teori ekologi. sumber
Model ketahanan terumbu karang
Karang, alga, dan ikan perumput bersaing di terumbu lewat pertumbuhan, perumputan, dan gangguan, dan model menanyakan apakah terumbu bisa berbalik dari karang ke alga.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa besar tekanan perumputan oleh herbivora yang menjaga terumbu agar tidak beralih menjadi didominasi alga?
Mengabaikan: Pasokan larva dan efek pemanasan dimodelkan secara sederhana.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar simulasi terumbu spasial di workstation.Sejak: 2007 Mumby, Hastings, dan Edwards, ambang batas dan ketahanan terumbu karang Karibia. sumber
Kisi inang-parasitoid dan hama secara spasial
Inang dan parasitoid hidup di atas kisi dengan pergerakan lokal, lalu pola spiral dan kacau yang kompleks muncul dan menstabilkan interaksi yang semula tak stabil.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah ruang memungkinkan pemangsa dan mangsa hidup berdampingan padahal tidak bisa begitu tanpa ruang?
Mengabaikan: Lanskap nyata bukan kisi yang seragam.
Berjalan di: sekitar 106 FLOPS kasar kisi peta berpasangan di laptop.Sejak: 1991 Hassell, Comins, dan May, struktur spasial dan kekacauan dalam dinamika populasi serangga. sumber
Evaluasi strategi pengelolaan perikanan
Stok ikan dan perikanannya yang tersimulasi dijalankan di bawah aturan panen yang berbeda, dengan data berderau dan ketidakpastian diumpankan kembali ke setiap aturan, untuk menemukan aturan yang berhasil meski ada galat.
Pertanyaan yang dijawabnya: Aturan panen apa yang menjaga stok tetap sehat ketika kita tidak tahu ukurannya?
Mengabaikan: Model operasi bertumpu pada asumsi tentang biologi stok dan nelayan yang mungkin salah.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar ribuan proyeksi manajemen simulasi di sebuah klaster.Sejak: 1999 Butterworth dan Punt, pengalaman dalam mengevaluasi dan menerapkan prosedur pengelolaan. sumber
Model ekosistem keseimbangan massa trofik
Jaring makanan laut digambarkan sebagai aliran biomassa yang seimbang antarkelompok, lalu dijalankan sepanjang waktu untuk melihat pengaruh penangkapan ikan atau perubahan pada pemangsa.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apa yang terjadi pada seluruh ekosistem ketika satu spesies ditangkap lebih gencar?
Mengabaikan: Kelompok digabung dan data pola makan tidak lengkap.
Berjalan di: sekitar 107 FLOPS kasar simulasi keseimbangan dan dinamika waktu di laptop.Sejak: 1997 Walters, Christensen, dan Pauly, menyusun model dinamis ekosistem yang dieksploitasi dari penilaian keseimbangan massa trofik. sumber
Model ekosistem plankton
Nutrisi, fitoplankton, zooplankton, dan detritus di lapisan permukaan laut dihubungkan oleh pertumbuhan, perumputan, dan pengendapan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana produksi plankton menanggapi cahaya, nutrisi, dan pencampuran?
Mengabaikan: Banyak spesies digabung menjadi beberapa kelompok dan parameter berbeda antarwilayah.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar digabungkan dengan model sirkulasi lautan di klaster.Sejak: 1990 Fasham, Ducklow, dan McKelvie, model dinamika plankton berbasis nitrogen di lapisan campuran samudra. sumber
Model eutrofikasi danau
Nutrisi, alga, tumbuhan, dan ikan di danau dangkal dimodelkan untuk bertanya kapan air jernih berbalik menjadi keruh dan bagaimana memulihkannya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Berapa banyak nutrisi yang bisa diterima danau sebelum menjadi keruh, dan apakah pemulihan bisa membaliknya?
Mengabaikan: Setiap danau membutuhkan kalibrasinya sendiri dan dinamika sedimen tidak pasti.
Berjalan di: sekitar 107 FLOPS kasar persamaan diferensial biasa di laptop.Sejak: 1995 Janse dan Van Liere, PCLake, alat pemodelan untuk menilai skenario pemulihan danau. sumber
Penyebaran larva laut dan konektivitas
Larva virtual dilepaskan dari terumbu dan dibawa arus laut yang dimodelkan, membangun peta populasi mana yang memasok populasi lain.
Pertanyaan yang dijawabnya: Terumbu mana yang menyemai terumbu mana, dan seberapa luas kawasan lindung seharusnya?
Mengabaikan: Perilaku dan kematian larva kurang teramati.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar pelacakan partikel pada keluaran model laut di klaster.Sejak: 2006 Cowen dan rekan-rekannya, penskalaan konektivitas pada populasi laut. sumber
Model koloni lebah madu dan lanskap
Anakan, pekerja, dan simpanan seluruh koloni lebah disimulasikan hari demi hari, dengan pencari makan mengambil dari bunga di seluruh lanskap dan menghadapi tungau, pestisida, dan cuaca.
Pertanyaan yang dijawabnya: Akankah koloni ini bertahan melewati musim dingin di lanskap ini?
Mengabaikan: Pasokan bunga di lanskap dan keputusan lebah disederhanakan, dan kegagalan ratu serta penyakit hanya dimasukkan secara kasar.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar menit per koloni-tahun di laptop.Sejak: 2014 Model BEEHAVE Becher dan rekan-rekannya untuk dinamika koloni dan pencarian makan lebah madu. sumber
Layanan penyerbukan di berbagai lanskap
Sarang lebah liar dan sumber bunga dipetakan di seluruh lanskap, dan setiap ladang tanaman diberi perkiraan penyerbuk yang mengunjunginya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa besar penyerbukan tanaman yang disediakan habitat di sekitarnya, dan bagaimana jika habitat itu dihilangkan?
Mengabaikan: Pencarian makan lebah diringkas menjadi peluruhan jarak dari sarang, dan kelimpahan lebah adalah petunjuk yang lemah bagi hasil panen sebenarnya.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar detik hingga menit per wilayah di laptop.Sejak: 2009 Model layanan penyerbukan di lanskap pertanian oleh Lonsdorf dan rekan. sumber
Model penyebaran benih dan serbuk sari oleh angin
Biji dan serbuk sari yang dilepaskan ke udara turbulen terbawa searah angin dan jatuh secara acak, membangun distribusi tempat mendaratnya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa jauh biji suatu tumbuhan menempuh perjalanan, dan seberapa cepat ia bisa menyebar?
Mengabaikan: Lompatan jauh yang langka paling penting bagi penyebaran tetapi paling sulit diukur, sehingga ekor distribusinya kurang diketahui.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar menit di laptop.Sejak: 1989 Kerangka teoretis Okubo dan Levin untuk analisis data penyebaran biji dan serbuk sari oleh angin. sumber
Prakiraan ekologis jangka dekat
Model ekosistem dijalankan maju dari hari hingga tahun dan diperbarui setiap kali pengamatan baru tiba, seperti pada prakiraan cuaca.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah keadaan danau, hutan, atau perikanan diprakirakan untuk musim depan, dengan batas galat yang jujur?
Mengabaikan: Data ekologi jarang dibandingkan data cuaca, dan prosesnya kurang dikenal, sehingga prakiraan sering hanya sedikit melampaui acuan sederhana.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar ansambel ribuan simulasi yang disegarkan di klaster.Sejak: 2018 Kerangka kerja Dietze dan rekan-rekannya untuk prakiraan ekologi jangka dekat iteratif. sumber
Model ekosistem spektrum ukuran
Semua organisme dalam ekosistem dikelompokkan menurut ukuran tubuh, dengan energi berpindah dari yang kecil ke yang besar saat mereka makan dan dimakan, dan pertumbuhan serta kematian ditentukan oleh ukuran saja.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana tekanan penangkapan ikan membentuk ulang keseimbangan ikan kecil dan besar di laut?
Mengabaikan: Identitas spesies diabaikan, sehingga pemangsa berukuran sama dengan makanan berbeda diperlakukan sebagai sama.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar menit hingga jam di workstation.Sejak: 1978 Persamaan bergantung waktu Silvert dan Platt untuk fluks energi melalui ekosistem pelagis menurut ukuran. sumber
Model komunitas netral
Komunitas spesies yang dianggap identik dalam kelahiran, kematian, dan penyebaran, dengan hanya kebetulan dan migrasi yang menentukan mana yang umum.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa besar pola kelimpahan spesies yang sama sekali tidak memerlukan perbedaan di antara mereka?
Mengabaikan: Spesies nyata jelas berbeda, sehingga model berfungsi sebagai acuan nol, bukan deskripsi komunitas mana pun.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar menit di laptop.Sejak: 1976 Analisis model netral Caswell terhadap struktur komunitas. sumber
Genetika populasi
Varian gen yang hanyut, bermutasi, dan terseleksi melalui generasi.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa besar variasi yang kita lihat adalah kebetulan, dan seberapa besar adalah seleksi?
Mengabaikan: Populasi nyata melanggar asumsi penyederhana tentang perkawinan acak dan ukuran konstan.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar klaster universitas yang mensimulasikan hanyutan dan seleksi di seluruh genomSejak: 1964 simulasi komputer awal untuk hanyutan genetik di bawah teori netral
Simulasi koalesen dan filogenetik
Pohon keluarga gen atau spesies, disimulasikan mundur dalam waktu untuk menguji metode membaca DNA sungguhan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah metode merekonstruksi sejarah yang benar dari DNA?
Mengabaikan: Mengasumsikan riwayat populasi yang sederhana; demografi sungguhan lebih rumit.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang mensimulasikan pohon gen mundur dalam waktuSejak: 1983 Perangkat lunak simulasi koalesen awal Hudson untuk genetika populasi
Asal usul kehidupan
Bahan kimia sederhana membentuk jaringan yang menyalin diri dan bersaing.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana kimia bisa melintasi garis menuju biologi?
Mengabaikan: Belum ada simulasi yang menghasilkan sesuatu yang bisa dianggap hidup.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar workstation desktop yang mensimulasikan jaringan kimia yang mereplikasi diriSejak: 1971 Model hiperlingkar Eigen dan Schuster untuk kimia yang mereplikasi diri
Koevolusi inang-parasit
Inang mengembangkan pertahanan dan parasit berevolusi mencari jalan memutarinya, populasi tersimulasi tiap generasi menanggapi yang lain dalam perlombaan senjata termodelkan tanpa pemenang tetap.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apakah perlombaan senjata inang-parasit mencapai ekuilibrium, atau berlanjut tanpa akhir tanpa pihak mana pun memperoleh keunggulan yang bertahan lama?
Mengabaikan: Inang dan parasit nyata berkoevolusi dengan segala hal lain di lingkungannya pada saat yang sama.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model koevolusi multigenerasiSejak: 1990 simulasi awal yang menguji hipotesis Ratu Merah tentang koevolusi
Model spesiasi dan makroevolusi
Garis keturunan yang terpecah, bertahan, dan punah selama jutaan tahun tersimulasi, menguji pola keragaman dan bentuk pohon keluarga apa yang dihasilkan aturan sederhana.
Pertanyaan yang dijawabnya: Mungkinkah pola spesies yang kita lihat berasal dari kelahiran dan kematian garis keturunan yang sederhana saja?
Mengabaikan: Catatan fosil dan genetik berlubang-lubang, sehingga banyak aturan berbeda bisa cocok dengan pola yang sama.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang mensimulasikan proses percabangan kelahiran-kematianSejak: 1969 model kelahiran-kematian awal untuk diversifikasi yang dipakai mempelajari pohon evolusi
Seleksi seksual dan evolusi pemilihan pasangan
Populasi tersimulasi tempat sebuah hiasan dan preferensi terhadapnya berevolusi bersama, menguji apakah pilihan betina saja bisa melaju tak terkendali ke ekstrem.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah pilihan pasangan saja mendorong sebuah sifat ke ekstrem yang boros dan mahal?
Mengabaikan: Mengasumsikan preferensi dan sifat diwariskan secara sederhana, yang lebih sederhana daripada kebanyakan pemilihan pasangan sungguhan.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model genetik untuk sifat-sifat yang berpasanganSejak: 1981 Model genetika populasi Lande tentang seleksi seksual yang lepas kendali
Dinamika adaptif koevolusi
Sebuah sifat berevolusi lewat mutasi berpengaruh kecil yang diuji terhadap populasi saat ini, mengarah ke keadaan stabil secara evolusioner atau terpecah menjadi cabang-cabang.
Pertanyaan yang dijawabnya: Ke arah mana evolusi akhirnya menetap, dan kapan sebuah garis keturunan terbelah?
Mengabaikan: Mengasumsikan mutasi langka dan ruang sifat yang sederhana.
Berjalan di: sekitar 106 FLOPS kasar analisis dan simulasi di laptop.Sejak: 1996 Dieckmann dan Law, teori dinamis koevolusi yang diturunkan dari proses ekologi stokastik. sumber
Model populasi gene drive
Unsur genetik yang menyebar lebih cepat daripada pewarisan biasa dilepaskan ke populasi yang dimodelkan untuk menanyakan apakah ia bisa menekan atau mengubah spesies hama.
Pertanyaan yang dijawabnya: Akankah pendorong gen menyebar melalui populasi liar, dan bisakah resistensi menghentikannya?
Mengabaikan: Penyebaran nyata dan evolusi resistansi kurang diketahui sebelum pelepasan.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar simulasi populasi spasial dengan genetika di workstation.Sejak: 2003 Burt, gen egois spesifik lokasi sebagai alat pengendalian dan rekayasa genetika populasi alami. sumber
Simulasi genom maju dalam waktu
Setiap individu dan genomnya diikuti melalui generasi, dengan seleksi, keterkaitan, dan demografi yang bervariasi, untuk melihat bagaimana pola DNA sungguhan terbentuk.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apa yang ditinggalkan seleksi dan riwayat populasi dalam genom sebuah spesies?
Mengabaikan: Ukuran populasi diperkecil agar simulasi layak dijalankan, yang mengubah keseimbangan seleksi dan hanyutan.
Berjalan di: sekitar 1014 FLOPS kasar berhari-hari di klaster untuk populasi besar selama banyak generasi.Sejak: 2013 SLiM Messer, simulator evolusi maju-waktu dengan seleksi dan keterkaitan. sumber
Strategi adu hewan
Individu yang bertemu secara acak untuk memperebutkan sumber daya memilih di antara strategi tetap, dan campurannya menetap pada satu yang tak bisa diperbaiki oleh mutan mana pun.
Pertanyaan yang dijawabnya: Kapan bertarung atau mundur menjadi kebijakan yang lebih baik, mengingat apa yang dilakukan orang lain?
Mengabaikan: Hewan diringkas menjadi daftar pendek strategi tanpa belajar, memori, atau perbedaan individu.
Berjalan di: sekitar 106 FLOPS kasar detik di laptop.Sejak: 1973 'The logic of animal conflict' oleh Maynard Smith dan Price. sumber
Analisis kelangsungan hidup populasi
Kelahiran, kematian, dan bencana sebuah populasi kecil yang terancam dijalankan maju berkali-kali untuk memperkirakan peluangnya bertahan, dan berapa lama.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa besar kemungkinan populasi ini punah dalam seratus tahun ke depan?
Mengabaikan: Sampel kecil dari spesies langka membuat angka masukannya sendiri sangat tidak pasti.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan ribuan lintasan stokastikSejak: 1980 model stokastik awal yang memperkirakan risiko kepunahan spesies terancam
Rancangan cagar dan koridor
Lokasi kandidat dan tautan di antaranya dinilai terhadap biaya dan spesies yang akan dilindungi, dicari jaringan cagar terkecil yang mencakup paling banyak.
Pertanyaan yang dijawabnya: Himpunan petak lahan mana yang melindungi spesies terbanyak dengan biaya terkecil?
Mengabaikan: Mengoptimalkan data spesies yang ada, yang hanya sebagian kecil dari yang benar-benar hidup di sana.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menyelesaikan optimisasi pemilihan cagarSejak: 1988 algoritma pemilihan cagar sistematis awal untuk perencanaan konservasi
Perencanaan reintroduksi dan translokasi
Kelompok pendiri kecil dilepaskan ke habitat baru atau bekas habitat, diikuti ke depan untuk melihat apakah ia bertahan, mengingat daya dukung wilayah itu dan genetika para pendirinya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Akankah pelepasliaran hewan-hewan ini di sini benar-benar membentuk populasi yang bertahan lama?
Mengabaikan: Kualitas habitat dan risiko penyakit di lokasi pelepasan sering diperkirakan secara kasar, bukan diukur.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model populasi pendiriSejak: 1990 model simulasi awal yang dipakai merencanakan pengenalan kembali mamalia besar
Penyebaran spesies invasif
Spesies introduksi menyebar di lanskap sel demi sel, dan pengaruh penghalang, pemusnahan, atau pengendalian hayati pada sejauh mana ia sampai.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa cepat penyerbu ini akan menyebar, dan ke mana upaya pengendalian harus diarahkan lebih dulu?
Mengabaikan: Penyerbu baru sering menyebar dengan cara yang tidak pernah dipelajari model dari invasi masa lalu mana pun.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model penyebaran lanskapSejak: 1951 Model difusi Skellam untuk populasi yang menyebar
Gim perburuan liar dan patroli antiperburuan
Penjaga hutan dan pemburu liar sebagai pemain dalam gim berulang di atas peta kawasan lindung, dipakai untuk memutuskan ke mana patroli harus pergi ketika tak bisa ada di mana-mana.
Pertanyaan yang dijawabnya: Ke mana patroli terbatas para penjaga harus diarahkan agar paling berdampak terhadap pemburu liar yang strategis?
Mengabaikan: Mengasumsikan pemburu liar yang rasional dan sabar, padahal sebagian besar bersifat oportunistik.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menyelesaikan permainan keamanan di peta patroliSejak: 2014 model permainan keamanan awal yang diterapkan pada penjadwalan patroli penjaga satwa liar
Pemodelan rewilding dan kaskade trofik
Pemangsa atau spesies kunci lainnya ditambahkan kembali ke jaring makanan, diikuti dampak berantainya pada mangsa, vegetasi, dan bahkan sungai.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apa yang terjadi pada ekosistem lainnya jika kita mendatangkan kembali spesies ini?
Mengabaikan: Kaskade terkenal itu berlangsung berpuluh tahun dan lebih mudah dimodelkan setelah kejadian daripada diprediksi.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation desktop yang menjalankan model jaring makanan multispesiesSejak: 1995 serigala dikembalikan ke Yellowstone, kemudian dimodelkan untuk efek berantainya