Исследование модели растительно-микробного симбиотического взаимодействия методами теории эволюционных игр

Сущность процесса биологической фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями в симбиозе с корневой системой бобовых растений заключается в способности к восстановлению молекулы азота и включению её в состав своей биомассы прокариотными микроорганизмами – ризобиями. Полученные таким образом ресурсы роста ризобии отдают растению, получая взамен необходимые им углеводы, белки и кислород. Такое взаимодействие позволяет растениям адаптироваться к условиям дефицита почвенного азота. Однако бактерии, участвующие в симбиозе с растениями, могут различаться по степени «честности». Наличие в популяции большого количества ризобий-«мошенников» может поставить под угрозу существование таких симбиотических отношений, в связи с чем возникает вопрос об устойчивости такого взаимодействия в эволюционном смысле. В данной работе приводятся результаты анализа трёх формализаций бобово-ризобиального взаимодействия в формате эволюционных игр между популяциями двух видов, реализованных в виде агентных моделей в среде имитационного моделирования AnyLogic. Движущей силой модельного естественного отбора выступает неоднородность популяций по параметру, определяющему выбранную каждым индивидуумом стратегию поведения в парной игре. В численных экспериментах с разработанными моделями получены следующие результаты. Модельные популяции вырождаются к однородной структуре из организмов с близкими к теоретически оптимальным значениями параметра кооперативности. Такая вырожденная популяция оказывается эволюционно-стабильной стратегией поведения с точки зрения максимизации удельного роста всей симбиотической системы. Таким образом, сама логика взаимоотношений и математика совместного развития симбионтов на ранних стадиях онтогенеза в условиях неограниченного периода жизненного цикла препятствует зарождению паразитических стратегий и автоматически обеспечивает устойчивость рационального и взаимовыгодного партнерства.