Ecologia, evolução e comportamento animal

Forrageamento de colônias de formigas

Formigas individuais depositando e seguindo trilhas de feromônio, sem líder e sem mapa.

Pergunta que responde: Como uma colônia encontra o caminho mais curto até o alimento se nenhuma formiga conhece o trajeto?

Deixa de fora: As formigas reais também usam visão, som e paladar, que a maioria dos modelos de trilha ignora.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho simulando milhares de formigas forrageandoDesde: 1990 O modelo de formação de trilhas da formiga-argentina de Deneubourg e colegas

Executar o modelo interativo

Colônias de abelhas

Forrageiras, enfermeiras e batedoras dividindo o trabalho, e enxames escolhendo um novo lar por uma espécie de votação.

Pergunta que responde: Como um enxame escolhe o melhor local para o ninho sem um líder?

Deixa de fora: Pressupõe que as abelhas seguem regras fixas e simples, embora abelhas reais variem e possam errar.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho simulando a escolha do local de ninho por um enxameDesde: 2003 O modelo de Passino e Seeley para a escolha do local do ninho pelas abelhas

Bandos e cardumes

Cada ave ou peixe guiando-se por três regras locais: separação, alinhamento com os vizinhos e coesão.

Pergunta que responde: Como milhares de animais viram juntos, como um só?

Deixa de fora: Os bandos reais respondem a predadores e ao terreno, que as três regras simples deixam de fora.

Roda em: cerca de 10¹³ FLOPS aproximado uma GPU de jogos simulando milhares de agentes guiadosDesde: 1987 O modelo de bando boids de Craig Reynolds

Executar o modelo interativo

Construção de cupinzeiros

Cupins soltando e movendo bolinhas de terra, e o ar que circula pela estrutura que eles constroem.

Pergunta que responde: Como insetos de cérebro minúsculo constroem torres ventiladas?

Deixa de fora: O comportamento real dos cupins depende de pistas químicas e estruturais captadas só em parte.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado um cluster universitário simulando cupins que soltam bolinhas e o fluxo de arDesde: 1999 Os modelos estigmérgicos de construção de cupinzeiros, de Bonabeau e Theraulaz

Agregação de bolores limosos

Amebas de vida livre liberando e seguindo um sinal químico para se juntar em um único corpo parecido com uma lesma quando o alimento acaba.

Pergunta que responde: Como células independentes, sem sistema nervoso, concordam em formar um só corpo?

Deixa de fora: As condições de laboratório são muito mais limpas do que o solo em que vive o organismo real.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de agregação por quimiotaxiaDesde: 1970 O modelo de Keller e Segel para a agregação quimiotática do mofo limoso

Enxameamento bacteriano e quorum sensing

Milhões de bactérias percebendo os sinais químicos umas das outras para passar, juntas, a um comportamento coordenado, como espalhar-se por uma superfície ou emitir luz.

Pergunta que responde: Como uma população de bactérias sabe quando há indivíduos suficientes para agir em conjunto?

Deixa de fora: Linhagens de laboratório crescidas em uma placa se comportam de forma mais uniforme do que uma comunidade microbiana mista real.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de colônia baseado em agentesDesde: 1994 as primeiras simulações de circuitos de quorum sensing que coordenam o comportamento bacteriano

Bandos marchantes de gafanhotos

Insetos individuais se alinham com os vizinhos em alta densidade, e os bandos começam a marchar juntos em uma direção comum.

Pergunta que responde: Em que densidade os gafanhotos passam de vagar ao acaso para marchar?

Deixa de fora: A estrutura do habitat e o alimento não estão incluídos, e os enxames reais envolvem voo.

Roda em: cerca de 10⁷ FLOPS aproximado simulação de partículas autopropulsionadas em uma estação de trabalho.Desde: 2006 Buhl and colleagues, from disorder to order in marching locusts. fonte

Movimento e forrageio

Animais procurando comida em uma paisagem, modelados como passeios aleatórios e regras de decisão.

Pergunta que responde: Este animal está procurando com eficiência, e o que ele sabe sobre onde está o alimento?

Deixa de fora: Ajustar uma estatística de caminhada não estabelece o que o animal de fato percebe.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho ajustando um modelo de forrageamento por passeio aleatórioDesde: 1996 O modelo de voo de Lévy de Viswanathan e colegas para a busca de alimento dos albatrozes

Migração e navegação

Aves, tartarugas ou baleias viajando milhares de quilômetros usando Sol, estrelas, cheiro ou o campo magnético.

Pergunta que responde: Que pistas poderiam levar uma ave de primeiro ano ao continente certo?

Deixa de fora: Em quais pistas os animais reais se apoiam, e como as combinam, ainda é debatido.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho simulando a navegação de aves por pistasDesde: 1996 as primeiras simulações do uso de pistas magnéticas e celestes na navegação de aves

Locomoção animal

Peixes nadando, insetos voando e animais correndo, com o fluido ou o chão empurrando de volta.

Pergunta que responde: Como uma mamangava voa, e por que os peixes nadam em formação?

Deixa de fora: Formas simplificadas de asas e corpo deixam de fora detalhes que as superfícies de um animal real oferecem.

Roda em: cerca de 10¹⁴ FLOPS aproximado um cluster universitário rodando uma simulação de voo ou natação de corpo e fluidoDesde: 1994 os primeiros modelos de dinâmica de fluidos do voo dos insetos

Evolução do comportamento

Estratégias como lutar, compartilhar ou trapacear, jogadas umas contra as outras ao longo de muitas gerações.

Pergunta que responde: Por que um animal ajudaria um vizinho sem parentesco?

Deixa de fora: As estratégias vêm de um cardápio escolhido por quem modelou, não do espaço completo de comportamentos.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um torneio de jogos evolutivosDesde: 1981 A evolução simulada de estratégias de cooperação de Axelrod e Hamilton

Modelos de canto de aves e aprendizado vocal

O circuito cerebral de uma ave jovem para copiar o canto de um tutor, modelado como um laço sensório-motor que compara seu próprio balbucio com um modelo memorizado.

Pergunta que responde: Como um pássaro jovem transforma balbucios em uma cópia fiel do canto de um adulto?

Deixa de fora: Modelos criados para explicar as aves canoras não se generalizam de forma óbvia para a vocalização de outros animais.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado uma estação de trabalho treinando um modelo de aprendizado sensório-motorDesde: 2002 os primeiros modelos computacionais de aprendizado de canto no diamante-mandarim

Modelagem de orçamento dinâmico de energia

O orçamento de energia inteiro de um animal acompanhado ao longo da vida: o que ele come e como isso se divide entre manter-se vivo, crescer e se reproduzir.

Pergunta que responde: Como este animal vai crescer e se reproduzir com um dado suprimento de alimento e temperatura?

Deixa de fora: Um pequeno conjunto de parâmetros universais não consegue captar as características específicas de cada espécie.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho resolvendo um pequeno conjunto de equações de fluxo de energiaDesde: 1986 A teoria do orçamento dinâmico de energia para organismos individuais, de Kooijman

Dinâmica predador-presa

Números de caçadores e caçados subindo e descendo em ciclos ligados, as equações de Lotka–Volterra e suas descendentes.

Pergunta que responde: Por que as populações de linces e lebres oscilam ciclicamente?

Deixa de fora: As populações reais têm estrutura etária, espaço e várias presas que o modelo ignora.

Roda em: cerca de 10⁹ FLOPS aproximado um laptop resolvendo as equações de Lotka-VolterraDesde: 1925 As equações presa-predador de Lotka e Volterra

Executar o modelo interativo

Teias alimentares

Quem come quem num ecossistema inteiro, e como a energia circula por ele.

Pergunta que responde: O que acontece com o resto do sistema se uma espécie desaparecer?

Deixa de fora: As ligações alimentares reais são mais difíceis de medir do que as redes do modelo supõem.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho analisando a estabilidade de uma teia alimentar modeloDesde: 1972 A análise de estabilidade de teias alimentares de modelo, de Robert May

Dinâmica florestal

Árvores individuais germinando, competindo por luz e morrendo ao longo de séculos.

Pergunta que responde: Como será esta floresta daqui a duzentos anos?

Deixa de fora: Como uma espécie de árvore vai responder a um clima em mudança ainda é difícil de calibrar.

Roda em: cerca de 10¹³ FLOPS aproximado um cluster universitário acompanhando árvores individuais por séculosDesde: 1970 O modelo de clareiras JABOWA de sucessão florestal, de Botkin, Janak e Wallis

Gestão de pesca e de fauna silvestre

Estoques de peixes ou animais sob captura, com nascimento, crescimento e incerteza.

Pergunta que responde: Quantos podem ser capturados por ano sem que a população entre em colapso?

Deixa de fora: As avaliações de estoques pesqueiros dependem de dados de captura que podem estar incompletos ou mal declarados.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de avaliação de estoquesDesde: 1957 O modelo dinâmico de populações de peixes exploradas, de Beverton e Holt

Áreas de distribuição das espécies

Onde as espécies podem viver, e como suas áreas mudam à medida que o clima muda.

Pergunta que responde: Onde esta espécie conseguirá sobreviver daqui a cinquenta anos?

Deixa de fora: Pressupõe que o clima é o principal limite da distribuição, subestimando a competição e a dispersão.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho ajustando um modelo bioclimático de distribuiçãoDesde: 1986 os primeiros modelos de envelope bioclimático para prever a distribuição de espécies

Doenças da vida selvagem

Infecção se movendo por populações de animais e, às vezes, transbordando para as pessoas.

Pergunta que responde: Essa doença poderia dizimar a população, e iscas de vacinação poderiam detê-la?

Deixa de fora: As taxas de contato entre animais selvagens são difíceis de observar diretamente.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado um cluster universitário simulando a propagação de doença em uma população selvagemDesde: 1991 os primeiros modelos de simulação da propagação da raiva em populações de raposas

Modelos gerais de ecossistemas

Um modelo mecanicista em que cada tipo de organismo, do plâncton aos grandes animais, come, cresce, se reproduz e se dispersa por regras comuns em todo o globo.

Pergunta que responde: Padrões globais de estrutura de ecossistemas podem emergir de regras para organismos individuais?

Deixa de fora: As espécies individuais não são acompanhadas, apenas os grupos funcionais.

Roda em: cerca de 10¹⁴ FLOPS aproximado Execuções globais por coortes ao longo de muitos anos simuladosDesde: 2014 Emergent global patterns of ecosystem structure and function from a mechanistic general ecosystem model (2014) fonte

Dinâmica de metapopulações

Uma espécie vive em muitas manchas de habitat numa paisagem, se extinguindo em algumas e recolonizando outras, e o modelo pergunta se o conjunto todo persiste.

Pergunta que responde: Uma espécie vai sobreviver numa paisagem fragmentada?

Deixa de fora: A dispersão é representada por um núcleo simples e a qualidade local do habitat é mantida fixa.

Roda em: cerca de 10⁸ FLOPS aproximado simulação de ocupação de manchas em um laptop.Desde: 1994 Hanski, um modelo prático da dinâmica de metapopulações. fonte

Modelos ecológicos baseados em indivíduos

Cada planta ou animal é representado separadamente com seu próprio estado, de modo que os padrões da população surgem de muitas vidas individuais.

Pergunta que responde: Que padrões populacionais surgem das interações entre indivíduos?

Deixa de fora: Os parâmetros de cada indivíduo são difíceis de medir e a validação é difícil.

Roda em: cerca de 10⁹ FLOPS aproximado simulação baseada em indivíduos de uma paisagem em uma estação de trabalho.Desde: 1988 Huston, DeAngelis e Post, novos modelos de computador unificam a teoria ecológica. fonte

Modelos de resiliência de recifes de coral

Corais, algas e peixes herbívoros competem em um recife por crescimento, pastejo e perturbação, e o modelo pergunta se um recife pode passar de coral para alga.

Pergunta que responde: Quanto pastejo impede um recife de virar para as algas?

Deixa de fora: A oferta de larvas e os efeitos do aquecimento são modelados de forma simplificada.

Roda em: cerca de 10⁸ FLOPS aproximado simulações espaciais de recifes numa estação de trabalho.Desde: 2007 Mumby, Hastings e Edwards, limiares e a resiliência dos recifes de coral do Caribe. fonte

Redes espaciais de hospedeiro-parasitoide e de pragas

Hospedeiros e parasitoides vivem em uma grade com movimento local, e surgem padrões complexos, em espiral e caóticos, que estabilizam interações que de outra forma seriam instáveis.

Pergunta que responde: O espaço pode permitir que predadores e presas coexistam quando de outro modo não conseguiriam?

Deixa de fora: As paisagens reais não são grades uniformes.

Roda em: cerca de 10⁶ FLOPS aproximado redes de mapas acoplados em um laptop.Desde: 1991 Hassell, Comins e May, estrutura espacial e caos na dinâmica de populações de insetos. fonte

Avaliação de estratégias de gestão da pesca

Um estoque pesqueiro simulado e sua pesca são rodados sob diferentes regras de captura, com dados ruidosos e incerteza realimentados em cada regra, para achar regras que funcionem apesar do erro.

Pergunta que responde: Que regra de colheita mantém um estoque saudável quando não sabemos seu tamanho?

Deixa de fora: Os modelos operacionais se apoiam em suposições sobre a biologia dos estoques e os pescadores que podem estar erradas.

Roda em: cerca de 10⁹ FLOPS aproximado milhares de projeções simuladas de manejo num cluster.Desde: 1999 Butterworth and Punt, experiences in evaluating and implementing management procedures. fonte

Modelos tróficos de balanço de massa de ecossistemas

Uma teia alimentar marinha descrita como fluxos equilibrados de biomassa entre grupos e depois rodada no tempo para ver o efeito da pesca ou de mudanças nos predadores.

Pergunta que responde: O que acontece com o ecossistema inteiro quando uma espécie é pescada com mais intensidade?

Deixa de fora: Os grupos são tratados em bloco e os dados de dieta são irregulares.

Roda em: cerca de 10⁷ FLOPS aproximado execuções de balanço e dinâmicas no tempo em um laptop.Desde: 1997 Walters, Christensen and Pauly, structuring dynamic models of exploited ecosystems from trophic mass-balance assessments. fonte

Modelos de ecossistemas de plâncton

Nutrientes, fitoplâncton, zooplâncton e detritos na camada superficial do oceano são ligados por crescimento, predação e afundamento.

Pergunta que responde: Como a produção de plâncton responde à luz, aos nutrientes e à mistura?

Deixa de fora: Muitas espécies são agrupadas em poucos grupos e os parâmetros diferem por região.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado acoplado a modelos de circulação oceânica em um cluster.Desde: 1990 Fasham, Ducklow and McKelvie, a nitrogen-based model of plankton dynamics in the oceanic mixed layer. fonte

Modelos de eutrofização de lagos

Nutrientes, algas, plantas e peixes em um lago raso são modelados para perguntar quando a água clara vira turva e como ela pode ser recuperada.

Pergunta que responde: Quanto nutriente um lago suporta antes de ficar turvo, e a recuperação consegue reverter isso?

Deixa de fora: Cada lago precisa de sua própria calibração e a dinâmica dos sedimentos é incerta.

Roda em: cerca de 10⁷ FLOPS aproximado equações diferenciais ordinárias em um laptop.Desde: 1995 Janse e Van Liere, o PCLake, uma ferramenta de modelagem para avaliar cenários de recuperação de lagos. fonte

Dispersão e conectividade de larvas marinhas

Larvas virtuais são soltas de recifes e levadas por correntes oceânicas modeladas, construindo um mapa de quais populações abastecem quais outras.

Pergunta que responde: Que recifes semeiam quais, e qual deve ser o tamanho de uma área protegida?

Deixa de fora: O comportamento e a mortalidade das larvas são pouco observados.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado rastreamento de partículas na saída de um modelo oceânico em um cluster.Desde: 2006 Cowen and colleagues, scaling of connectivity in marine populations. fonte

Modelos de colônias de abelhas e de paisagem

A cria, as operárias e as reservas de uma colmeia inteira simuladas dia a dia, com forrageiras colhendo em flores por uma paisagem e enfrentando ácaros, pesticidas e clima.

Pergunta que responde: Esta colônia vai sobreviver ao inverno nesta paisagem?

Deixa de fora: A oferta de flores da paisagem e as decisões das abelhas são simplificadas, e a falha da rainha e as doenças entram só de forma grosseira.

Roda em: cerca de 10⁹ FLOPS aproximado minutos por colônia-ano em um laptop.Desde: 2014 Becher and colleagues' BEEHAVE model of honeybee colony dynamics and foraging. fonte

Serviço de polinização em paisagens

Os locais de nidificação e os recursos florais das abelhas silvestres são mapeados numa paisagem, e cada lavoura recebe uma estimativa dos polinizadores que a visitam.

Pergunta que responde: Quanta polinização de lavouras o habitat ao redor oferece, e o que acontece se ele for removido?

Deixa de fora: O forrageamento das abelhas é reduzido ao decaimento com a distância do ninho, e a abundância de abelhas é um guia fraco da produtividade real das lavouras.

Roda em: cerca de 10⁸ FLOPS aproximado de segundos a minutos por região em um laptop.Desde: 2009 O modelo de serviços de polinização em paisagens agrícolas, de Lonsdorf e colegas. fonte

Modelos de dispersão de sementes e pólen pelo vento

Sementes e pólen liberados no ar turbulento são levados a favor do vento e caem ao acaso, formando uma distribuição de onde pousam.

Pergunta que responde: Até onde viajam as sementes de uma planta, e com que rapidez ela pode se espalhar?

Deixa de fora: Os saltos longos e raros são os que mais importam para a propagação, mas são os mais difíceis de medir, então a cauda da distribuição é mal conhecida.

Roda em: cerca de 10⁸ FLOPS aproximado minutos em um laptop.Desde: 1989 O arcabouço teórico para análise de dados da dispersão de sementes e pólen pelo vento, de Okubo e Levin. fonte

Previsão ecológica de curto prazo

Um modelo de ecossistema é rodado adiante por dias a anos e atualizado a cada chegada de novas observações, como se faz na previsão do tempo.

Pergunta que responde: Dá para prever o estado de um lago, floresta ou pescaria na próxima temporada, com barras de erro honestas?

Deixa de fora: Os dados ecológicos são esparsos em comparação com os dados meteorológicos, e os processos são menos conhecidos, então as previsões muitas vezes só superam por pouco uma linha de base simples.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado conjuntos de milhares de execuções renovados em um cluster.Desde: 2018 A estrutura de Dietze e colegas para previsão ecológica iterativa de curto prazo. fonte

Modelos de ecossistemas por espectro de tamanhos

Todos os organismos de um ecossistema agrupados por tamanho do corpo, com a energia passando dos pequenos para os grandes conforme comem e são comidos, e crescimento e mortalidade definidos só pelo tamanho.

Pergunta que responde: Como a pressão da pesca remodela o equilíbrio entre peixes pequenos e grandes no mar?

Deixa de fora: A identidade da espécie é ignorada, então predadores do mesmo tamanho e com dietas diferentes são tratados como iguais.

Roda em: cerca de 10⁹ FLOPS aproximado de minutos a horas em uma estação de trabalho.Desde: 1978 A equação dependente do tempo do fluxo de energia pelo ecossistema pelágico por tamanho, de Silvert e Platt. fonte

Modelos de comunidade neutra

Uma comunidade de espécies tratadas como idênticas em nascimento, morte e dispersão, em que só o acaso e a migração decidem quais são comuns.

Pergunta que responde: Quanto do padrão de abundância das espécies dispensa qualquer diferença entre elas?

Deixa de fora: As espécies reais claramente diferem, então o modelo serve como linha de base nula, e não como descrição de uma comunidade específica.

Roda em: cerca de 10⁹ FLOPS aproximado minutos em um laptop.Desde: 1976 A análise de modelo neutro da estrutura de comunidades, de Caswell. fonte

Genética de populações

Variantes de genes à deriva, mutando e sendo selecionadas ao longo das gerações.

Pergunta que responde: Quanto da variação que vemos é acaso, e quanto é seleção?

Deixa de fora: As populações reais violam as suposições simplificadoras de acasalamento aleatório e tamanho constante.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado um cluster universitário simulando deriva e seleção ao longo de um genomaDesde: 1964 as primeiras simulações em computador de deriva genética sob a teoria neutra

Simulação de coalescência e filogenética

Árvores genealógicas de genes ou espécies, simuladas para trás no tempo para testar métodos de leitura do DNA real.

Pergunta que responde: O método consegue recuperar a história verdadeira a partir do DNA?

Deixa de fora: Pressupõe uma história populacional simples; a demografia real é mais complexa.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho simulando árvores genéticas de trás para a frente no tempoDesde: 1983 O software pioneiro de simulação coalescente de Hudson para genética de populações

Origem da vida

Substâncias químicas simples formando redes que se copiam e competem.

Pergunta que responde: Como a química poderia cruzar a linha para a biologia?

Deixa de fora: Nenhuma simulação produziu até hoje algo que contasse como vivo.

Roda em: cerca de 10¹² FLOPS aproximado uma estação de trabalho simulando redes químicas autorreplicantesDesde: 1971 Os modelos de hiperciclo de química autorreplicante de Eigen e Schuster

Coevolução entre hospedeiro e parasita

Hospedeiros desenvolvendo defesas e parasitas evoluindo maneiras de contorná-las, com a população simulada de cada geração respondendo à outra em uma corrida armamentista modelada, sem vencedor definido.

Pergunta que responde: Uma corrida armamentista entre hospedeiro e parasita chega a um equilíbrio, ou continua indefinidamente sem que nenhum dos lados ganhe vantagem duradoura?

Deixa de fora: Hospedeiros e parasitas reais coevoluem ao mesmo tempo com todo o resto do seu ambiente.

Roda em: cerca de 10¹¹ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de coevolução de várias geraçõesDesde: 1990 as primeiras simulações testando a hipótese da Rainha Vermelha de coevolução

Modelos de especiação e macroevolução

Linhagens que se dividem, persistem e se extinguem ao longo de milhões de anos simulados, testando que padrões de diversidade e que forma de árvore genealógica regras simples produziriam.

Pergunta que responde: O padrão de espécies que vemos poderia ter vindo apenas do nascimento e da morte simples de linhagens?

Deixa de fora: Os registros fósseis e genéticos são irregulares, então muitas regras diferentes podem se ajustar ao mesmo padrão.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho simulando processos de ramificação de nascimento e morteDesde: 1969 os primeiros modelos de nascimento e morte da diversificação usados para estudar árvores evolutivas

Seleção sexual e evolução da escolha de parceiros

Uma população simulada em que um ornamento e a preferência por ele evoluem juntos, testando se só a escolha das fêmeas pode disparar até um extremo.

Pergunta que responde: A escolha de parceiros sozinha pode levar uma característica a um extremo extravagante e custoso?

Deixa de fora: Pressupõe que preferência e característica são simplesmente herdáveis, o que é mais simples que a maior parte da escolha real de parceiros.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo genético de características acopladasDesde: 1981 O modelo populacional-genético de seleção sexual descontrolada, de Lande

Dinâmica adaptativa da coevolução

Uma característica evolui por mutações de pequeno efeito testadas contra a população atual, levando a estados evolutivamente estáveis ou a ramificações.

Pergunta que responde: Onde a evolução se estabiliza, e quando uma linhagem se divide?

Deixa de fora: Pressupõe mutações raras e espaços de características simples.

Roda em: cerca de 10⁶ FLOPS aproximado análise e simulação em um laptop.Desde: 1996 Dieckmann and Law, the dynamical theory of coevolution derived from stochastic ecological processes. fonte

Modelos populacionais de gene drive

Um elemento genético que se espalha mais rápido que a herança comum é liberado em uma população modelada para perguntar se ele poderia suprimir ou alterar uma espécie de praga.

Pergunta que responde: Um gene drive se espalharia por uma população selvagem, e a resistência poderia detê-lo?

Deixa de fora: A dispersão real e a evolução da resistência são mal conhecidas antes de uma liberação.

Roda em: cerca de 10⁸ FLOPS aproximado simulações espaciais de populações com genética numa estação de trabalho.Desde: 2003 Burt, site-specific selfish genes as tools for the control and genetic engineering of natural populations. fonte

Simulação de genoma no tempo direto

Cada indivíduo e seu genoma são acompanhados ao longo das gerações, com seleção, ligação e demografia variada, para ver como surgem os padrões do DNA real.

Pergunta que responde: O que a seleção e a história da população deixam nos genomas de uma espécie?

Deixa de fora: Os tamanhos das populações são reduzidos para que a execução seja viável, o que distorce o equilíbrio entre seleção e deriva.

Roda em: cerca de 10¹⁴ FLOPS aproximado dias em um cluster para uma grande população ao longo de muitas gerações.Desde: 2013 O SLiM, de Messer, um simulador prospectivo da evolução com seleção e ligação. fonte

Estratégias de disputa entre animais

Indivíduos que se encontram ao acaso para disputar um recurso escolhem entre estratégias fixas, e a mistura se estabiliza em uma que nenhum mutante consegue melhorar.

Pergunta que responde: Quando é melhor política lutar ou recuar, dado o que os outros fazem?

Deixa de fora: Os animais são reduzidos a uma pequena lista de estratégias, sem aprendizado, memória ou diferenças individuais.

Roda em: cerca de 10⁶ FLOPS aproximado segundos em um laptop.Desde: 1973 'The logic of animal conflict', de Maynard Smith e Price. fonte

Análise de viabilidade populacional

Os nascimentos, mortes e catástrofes de uma população pequena e ameaçada rodados muitas vezes para estimar a chance de ela sobreviver e por quanto tempo.

Pergunta que responde: Qual a probabilidade de esta população se extinguir nos próximos cem anos?

Deixa de fora: Amostras pequenas de uma espécie rara deixam os próprios números de entrada muito incertos.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando milhares de trajetórias estocásticasDesde: 1980 os primeiros modelos estocásticos estimando o risco de extinção de espécies ameaçadas

Projeto de reservas e corredores

Locais candidatos e as ligações entre eles pontuados por custo e pelas espécies que protegeriam, buscando a menor rede de reservas que cubra o máximo.

Pergunta que responde: Que conjunto de terrenos protege o maior número de espécies pelo menor custo?

Deixa de fora: Otimiza para os dados de espécies que existem, uma pequena fração do que realmente vive ali.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho resolvendo uma otimização de seleção de reservasDesde: 1988 os primeiros algoritmos sistemáticos de seleção de reservas para o planejamento da conservação

Planejamento de reintrodução e translocação

Um pequeno grupo fundador solto em habitat novo ou antigo, acompanhado adiante para ver se se estabelece, dada a capacidade de suporte da área e a genética dos fundadores.

Pergunta que responde: Soltar estes animais aqui vai de fato estabelecer uma população duradoura?

Deixa de fora: A qualidade do habitat e o risco de doenças no local de soltura costumam ser estimados de forma aproximada, e não medidos.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de população fundadoraDesde: 1990 os primeiros modelos de simulação usados para planejar a reintrodução de um grande mamífero

Disseminação de espécies invasoras

Uma espécie introduzida se espalhando por uma paisagem célula a célula, e o efeito de barreiras, abates ou controle biológico sobre até onde ela chega.

Pergunta que responde: Com que rapidez este invasor vai se espalhar, e para onde o esforço de controle deve ir primeiro?

Deixa de fora: Novos invasores muitas vezes se espalham de formas para as quais nenhuma invasão passada preparou o modelo.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de dispersão na paisagemDesde: 1951 O modelo de difusão de uma população em expansão, de Skellam

Jogos de caça ilegal e de patrulhas contra a caça ilegal

Guardas florestais e caçadores ilegais como jogadores de um jogo repetido sobre o mapa de uma área protegida, usado para decidir aonde as patrulhas devem ir quando não podem estar em toda parte.

Pergunta que responde: Onde os guardas, em número limitado, devem patrulhar para fazer mais contra um caçador furtivo estratégico?

Deixa de fora: Pressupõe um caçador furtivo racional e paciente, quando boa parte da caça ilegal é oportunista.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho resolvendo um jogo de segurança sobre um mapa de patrulhaDesde: 2014 os primeiros modelos de jogos de segurança aplicados ao escalonamento de patrulhas de guardas-florestais

Modelagem de reintrodução de espécies e de cascatas tróficas

Um predador ou outra espécie-chave devolvido a uma teia alimentar, acompanhado em seus efeitos em cascata sobre presas, vegetação e até rios.

Pergunta que responde: O que acontece com o resto do ecossistema se trouxermos esta espécie de volta?

Deixa de fora: As famosas cascatas levaram décadas para se desenrolar e são mais fáceis de modelar depois do fato do que de prever.

Roda em: cerca de 10¹⁰ FLOPS aproximado uma estação de trabalho rodando um modelo de teia alimentar com várias espéciesDesde: 1995 lobos reintroduzidos em Yellowstone, depois modelados quanto aos efeitos em cascata