2011. 11. 14. - Az együttműködő viselkedés nemcsak a magasabbrendű
társas állatoknál és az embereknél figyelhető meg, hanem már a
baktériumoknál is. Kialakulásának evolúciós mozgatórugói azonban még ma sem teljesen tisztázottak. A megoldással számos szakember foglalkozik, most egy magyar-olasz kutatópáros is előállt egy lehetséges modellel.
Miért alakult ki az együttműködő (kooperáló) viselkedés az evolúció folyamán, hiszen a csaló, az együttműködésben nem részt vevő, csak a haszonból részt kérő egyedek sokszor jobban járnak, mint együttműködő társaik? A kérdés rendkívül nehéz, hiszen a fajokon belüli és a fajok közötti együttműködés látszólag ellentmond az evolúcióelméletnek. Együttműködés esetén ugyanis egyes egyedek lemondanak bizonyos előnyökről, hogy a többiek fennmaradását segítsék. A "csalók" viszont hozzájárulás nélkül juthatnak a közös javakhoz. Így a csalók növelhetik rátermettségüket, és egy idő után kiszoríthatnák a "becsületes" együttműködőket. A valóságban azonban mégsem ez történik - ahogy azt számos példa igazolja.
A Science tudományos magazin 2005-ben, alapítása 125. évfordulójára kiadott különszámában felsorolja azt a 25 legfontosabb tudományos problémát, amelynek megoldása az eljövendő negyed század kutatóira vár. Ezen a listán a tizenhatodik helyen áll a kooperatív, vagyis az együttműködő viselkedés evolúciójának kérdése.
A kooperáció modellezése
Az együttműködés evolúciója - sok más természeti jelenséghez hasonlóan - modellek segítségével érthető meg a legjobban, mondja Scheuring István, az ELTE Ökológiai és Növényrendszertani tanszéke Elméleti Biológiai és Ökológiai munkacsoportjának kutatója. A kooperáció kialakulásának modellezésekor a kutatók már régóta a Neumann János által kidolgozott játékelmélethez nyúlnak. Scheuring és külföldi munkatársa a játékelmélet egy új modelljeit hívták segítségül az együttműködés létrejöttének megfejtéséhez. Eredményeik többek közt az Evolution szakfolyóiratban jelentek meg.
Scheuring István az [origo] kérdésére elmondta, hogy a kooperáció magyarázatára többféle alapmodellt lehet felírni. A kutatók nagy része kétszereplős modellt használ, amelynek egyik leggyakrabban előforduló példája az úgynevezett fogolydilemma vagy rabok dilemmája. Ezek a modellek azonban túl egyszerűek a biológia rendszerek modellezéséhez, ahol ugyanis az esetek döntő többségében nem kétszereplős "játékokról" van szó. Már a baktériumoknál is roppant bonyolult, több résztvevőt egyszerre érintő kooperációs kölcsönhatások alakulnak ki, mondta Scheuring. Részben jelzik egymásnak, hogy "itt vagyok", így számíthatnak egymás segítségére, részben pedig közösen termelnek és bocsátanak ki olyan enzimeket, amelyek a környezetben található táplálék felvételéhez szükségesek.
Többszereplős modellek
A kutatók ezért néhány éve inkább a kétszereplős fogolydilemma többszereplős (n szereplős) modelljéhez, az úgynevezett közlegelők dilemmájához fordultak. A modellhez a következő történet társítható: a falu legelőjen a gazdák szabadon legeltetnek. Legyen a faluban 100 gazda, s mindnek legyen 1 tehene. A legelő 100 tehenet gond nélkül eltart, így minden gazda naponta 20 liter tejet tud lefejni. Azaz a legelő naponta 100 x 20 = 2000 liter tejet szolgáltat. Az egyik gazdának egy este nagyszerű ötlete támad: vesz még egy tehenet, s azt is kicsapja a legelőre. Így a 2000 liter megtermelhető tej mar 101 tehén között fog megoszlani, tehát egy tehén naponta 19,8 liter tejet fog adni. Nem nagy veszteség a többieknek, ezzel szemben a két tehénnel rendelkező gazdának 39,6 liter tej fog jutni! Ezért előbb vagy utóbb a többiek is kihajtanak még egy tehenet a legelőre. Így a 2000 liter tejet 200 tehén adja, azaz tehenenként 10 liter tej, s gazdánként 20 liter a hozam, ahogy a történet kezdetén is volt. S ezzel nem szűnt meg a csapdahelyzet, hiszen aki ezek után egy harmadik tehenet is kihajt a legelőre, az 29,85 liter tejet tud fejni, míg a többiek csak 19,9 litert. És ez így megy (menne) mindaddig, míg a tehenek éhen nem hallnak, s eközben tönkre nem teszik teljesen a legelőt.
A közlegelők dilemmáján alapuló modelleknek azonban van egy általános hibájuk, mondja Scheuring. Feltételezik, hogy a kooperátorok előnye a kooperátorok számával egyenes arányban, egy lineáris görbe mentén nő. Ez azonban - különösen biológiai rendszereknél - nem így van. Erre jó példát találunk az együttműködve vadászó állatoknál, például az oroszlánoknál. Az oroszlánok vadászatát vizsgálva kiderült, hogy a kooperáló egyedek számának növekedésével a zsákmányszerzés sikere nem lineárisan, hanem egy telítődő görbe szerint növekszik . Néhány egyed esetén a görbe eleinte lassan emelkedik, majd hirtelen megugrik, végül beáll a telített állapot, azaz hiába csatlakozik még több együttműködő egyed a csoporthoz, a zsákmányszerzés sikere egy adott létszám után nem emelkedik tovább.
Ösztönzés az együttműködésre
A természetben megfigyelhető tehát, hogy általában egymás mellett élnek a kooperáló és a csaló egyedek. Ha a csalók száma viszonylag alacsony a kooperátorok számához képest, akkor nem csökkentik jelentős mértékben a csoport sikerét, de minden esetben előnyös, ha sikerül a csalók arányát alacsony szinten tartani. A lehetséges módszerek közé tartozik például, hogy az együttműködők megbüntetik vagy valahogy "szűrik" a csalókat. Ez nemcsak az emberi társadalmakban bevett szokás, hanem bizonyos állatok között is leírtak ilyet. Például a vadászatban ímmel-ámmal résztvevő csimpánz nemigen kap a közös zsákmányból, és számíthat a falkavezér agressziójára.
A szűrés érdekes példája a kurtafarkú tintahalak esete. Az ide tartozó fajoknak sajátos világítószerveik vannak, amelyek miatt az alulról támadó ragadozók holdfényes éjszakákon nehezebben veszik észre őket. A világítást a tintahal világítószervében élő Vibrio baktériumok adják. Ezeket a tintahalak még egészen kis korukban veszik fel a környezetükből. A világítószervben más baktériumokra nézve halálos körülményeket teremtve gondoskodnak arról, hogy csak a számukra hasznos világító baktériumok telepedjenek meg a világítószerv kamráiban. Pesthy Gábor
Legújabb eredmények
Scheuring elmondta, hogy ezeknek a biológiai rendszereknek a tanulmányozása segíti a kutatókat a kooperáció egyre jobb modelljeinek megalkotásában. A magyar kutató munkatárásával, Marco Archettivel, a Bázeli Egyetem kutatójával a kooperációt modellező a telítődő görbét vizsgálta. Ennek során rájöttek, hogy ezt leegyszerűsíthetik egy egyszerű lépcsős görbére, amelyet matematikailag könnyebb leírni, ráadásul legfontosabb jellemzőiben a két modell azonos marad. Megmutatták, hogy ebben a modellben tipikus jelenség, hogy a csalók és a kooperátorok együtt élnek, ami azért izgalmas eredmény, hiszen a valóságban is legtöbbször ezt tapasztaljuk.
