Matematiikan avulla voidaan paljastaa luonnonvalinnan mekanismeja (Väitös: FM Anne Seppänen, 7.2.2014, matematiikka)
FM Anne Seppäsen väitöstutkimus osoittaa, että matemaattisen mallintamisen avulla voidaan tutkia sellaista, mikä käytännön keinoin on mahdotonta tai epäeettistä, esimerkiksi lajien sukupuuttoa.
Turun yliopiston tiedote 31.1.2014
Miksi eläimet muuttavat paikasta toiseen, vaikka muuttaminen saattaa olla hengenvaarallista? Miksi suurin osa meistä noudattaa lakia ja yhteisesti sovittuja sääntöjä, vaikka huijaamalla voisi pärjätä paremmin? Evoluution mallintamiseen voidaan käyttää nk. adaptiivista dynamiikkaa.
– Ensin rakennetaan matemaattinen malli systeemistä, jota halutaan ymmärtää. Tämän jälkeen lasketaan kelpoisuus, joka kertoo miten uusi mutantti pärjää. Jos mutantin kelpoisuus on positiivinen, se voi syrjäyttää vallitseva populaation, Seppänen kertoo.
Seppäsen väitöskirjassa on sovelluksia muun muassa muuttoliikkeen ja yhteistyön evoluutiosta.
Luonnonvalinta huomioitava elinkykyarvioinneissa
Luonnonvalinta voi johtaa sukupuuttoon. Pirstaloituneessa, useiden eri paikkallispopulaatioiden muodostamassa metapopulaatiossa elävien lajien elinkyky riippuu alueiden välisestä muuttoliikkeestä.
– Muuttoliikkeen evoluutio voi johtaa lajin häviämiseen, ja siksi se olisi huomioitava elinkykyarvioinneissa, Seppänen sanoo.
Muuttopäätös ei aina ole yksinkertainen, varsinkaan kun on kyse pienissä ryhmissä elävistä yksilöistä. Suurten populaatioiden kohdalla pätee yleissääntö: kun ruoka ja elintila loppuvat, on syytä lähteä etsimään parempaa elinympäristöä.
Seppänen osoittaa tutkimuksessaan, miten suhteellisen pienten populaatioiden kohdalla on kannattavaa jäädä sijoilleen. Hieman suuremmista voi olla kannattavaa lähteä, kun taas keskikokoisiin populaatioihin on hyvä jäädä. Ylisuurista populaatioista kannattaa muuttaa pois.
– Luonnonvalinta voi siis johtaa hyvinkin mutkikkaaseen strategiaan. Charles Darwinin teorian mukaisesti valinta perustuu yksilöiden kokemiin kelpoisuusetuihin ja -haittoihin. Muuttoliikkeen kohdalla tämä tarkoittaa muuttamisesta aiheutuvia kustannuksia, esimerkiksi uhkaa jäädä pedon saaliiksi, ja etuja, kuten mahdollisuutta löytää parempi elinalue, Seppänen selittää.
Pienissä ryhmissä myös sisaredut vaikuttavat: kun yksi sisar uhrautuu muuttamaan, muille jää enemmän ruokaa. On myös parempi kilpailla vieraita kuin omia sukulaisiaan vastaan.
Yhteistyö ei välttämättä kannata pienissä ryhmissä
Ihmisen kyky tehdä yhteistyötä on aivan omaa luokkaansa, mutta ei ainutkertaista. Jopa bakteerit ja virukset voivat toimia yhteisen hyvän puolesta.
– Jos elät pienessä ryhmässä sukulaisten kesken, satsauksesi yhteiseen hyvään hyödyttää sukulaisiasi eli tavallaan myös itseäsi. Suurissa ryhmissä hyöty valuu vieraille. Voisi siis kuvitella, että nimenomaan pienissä populaatioissa yhteistyö kannattaisi, Seppänen sanoo.
Panostus yhteiseen hyvään voi kuitenkin tarkoittaa toimimista puolustustehtävissä tai ravinnonhankintaa vaarallisessa ympäristössä. Tällöin hyväntekijän riski kuolla kasvaa. Seppäsen mukaan yhteistyö ei välttämättä kannata aivan pienissä ryhmissä, vaan vasta hieman suuremmissa.
***
Perjantaina 7. helmikuuta 2014 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Calonia, Cal1-auditorio, Caloniankuja 3) julkisesti tarkastettavaksi filosofian maisteri Anne Maria Seppäsen väitöskirja ”Mathematics inspired by Darwin - Adaptive dynamics of dispersal and cooperation” (Luonnonvalinnan matematiikkaa - muuttoliikkeen ja yhteistyön adaptiivisesta dynamiikasta). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Hans Metz Leidenin yliopistosta Alankomaista ja kustoksena dosentti Kalle Parvinen.
FM Anne Seppänen (os. Heikkilä) on syntynyt 1976 Ypäjällä ja kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 1996 Forssan Linikkalan lukiosta. Filosofian maisteriksi Seppänen valmistui 2002 Turun yliopistosta. Väitös kuuluu sovelletun matematiikan alaan.