Математика, стоящая за пчёлами, цветами и повышением урожайности

от

Исследователи из Университета Британской Колумбии в Оканагане создали математическую модель, которая демонстрирует нечто удивительное: как колония шмелей использует свою энергию и управляет ею, и что это значит для фермеров, опыления и будущего устойчивого сельского хозяйства.

Модель, разработанная для имитации энергетического баланса

Модель была разработана докторантом Пау Капера-Аронес совместно с докторами Ребеккой Тайсон и Эриком Фоксоллом из Департамента компьютерных наук, математики, физики и статистики Университета Британской Колумбии в Оканагане. Она имитирует полный энергетический бюджет колонии шмелей и то, как пчёлы добывают корм в меняющемся ландшафте.

Исследование представляет собой новую систему на уровне колонии, основанную на принципах теории динамического энергетического бюджета.

«Новизна заключается в том, чтобы рассматривать колонию как единое целое, а не отслеживать отдельных пчёл. Моделируя, как вся система распределяет энергию для выживания, роста и размножения, мы можем проверить, как различные условия окружающей среды влияют на здоровье колонии в долгосрочной перспективе», — говорит доктор Фоксолл.

Применение принципа максимальной энтропии

Исследователи также адаптировали принцип максимальной энтропии, концепцию из физики, чтобы оценить, как пчёлы распределяются по ландшафту во время поиска пищи. Вместо того чтобы моделировать поведение каждой пчелы, модель предполагает, что пчёлы распределяются таким образом, чтобы максимизировать прирост энергии при минимальных затратах на передвижение.

«Мы не говорим, что это идеальное предсказание, но это эффективный способ смоделировать типичные пространственные закономерности в реальных условиях», — отмечает доктор Фоксолл.

Значение для сельского хозяйства

Хотя модель не предлагает простых предписаний, она выделяет некоторые критически важные принципы проектирования для поддержки популяций пчёл и, как следствие, опыления многих сельскохозяйственных культур.

«В некоторых сельскохозяйственных системах, таких как выращивание черники, в пыльце не хватает определённых незаменимых аминокислот», — добавляет доктор Тайсон. «Вот где местные дикие цветы становятся особенно ценными, потому что они помогают восполнить эти пробелы в питании».

Даже среди дикорастущих цветов качество различается. Например, в одуванчиках относительно мало белка.

«Поэтому мы рекомендуем высаживать разнообразные дикорастущие цветы, — говорит доктор Тайсон. — Желательно местные виды, потому что местные пчёлы к ним адаптированы. Пока вы сажаете для разнообразия, участок будет приносить пользу опылителям».

Модель обеспечивает баланс между экологической детализацией и вычислительной простотой.

«Вы можете ввести несколько основных допущений и изучить, что способствует процветанию колонии или её краху. Это мощно», — говорит доктор Фоксолл.

Хотя модель не предназначена для выработки рекомендаций по конкретным местам, она предлагает гибкую площадку для изучения того, как ландшафтный дизайн может поддерживать опыление с течением времени.

Предоставлено Университетом Британской Колумбии.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте

Оставьте комментарий