「石頭剪刀布」揭示了自然界的弱者生存之道

1975年，R.M. May和W.J. Leonard第一次用石頭-剪刀-布這個遊戲模擬了三個物種循環主導的生態場景，即一個物種主導另一個物種，第二個物種又主導第三個物種，第三個物種反過來可以主導第一個物種。這個遊戲可以很好地模擬不同株的大腸桿菌菌株的循環主導。

傳統的石頭-布-剪刀模型會假定這三個物種勢力均衡相當。這種設定顯然與真實的自然界有所出入。比如，一個物種弱於另外兩個物種的情況在真實世界中是很常見的，季節變化等許多因素都有可能削弱某些物種的競爭力。

在一篇新的論文中，巴西的研究人員就用石頭-剪刀-布的模型，模擬了三方中存在弱者的場景。他們模擬了一個出擊次數少於被攻擊次數的物種，並在這個場景下執行了超過100萬次的模擬。在這個模型的幫助下，研究人員能夠更好地解釋，在不同物種的優勢不同的情況下，它們是如何維持共存關係的。他們的研究結果顯示，正是由於石頭-剪刀-布這種模型的特殊結構，導致即使其中一個物種比較弱，也能與其他物種共存。

不過，這一模型的工作原理與原始的石頭-剪刀-布模型略有不同。每個個體無論它們各自屬於哪個物種，都能進行三種類型的交互。這三種交互方式分別是選擇、移動和繁殖。選擇就像是殺戮，一個物種的個體可以消滅相鄰的被它主導的物種個體。移動指的是一個物種個體可以與它相鄰的且受它主導的物種個體交換位置，或者移動到相鄰的空白空間。繁殖是指一個物種個體可以用這種物種的另一個個體來填充鄰近的空白空間。

在模擬中，每個個體被隨機地放置在一個網格上。隨機選擇一個個體，然後在其周圍的八個相鄰的格點上隨機地再選擇一個個體。接下來再從三種不同類型的交互方式中隨機地選擇一個。如果可能的話，被選擇的個體會進行交互。在某些情況下是不能進行交互的：例如，為了能進行選擇交互，相鄰位置必須是由一個屬於正確物種的個體（占支配地位的物種）佔據，而為了能進行繁殖交互，相鄰的位置必須是空的。

上：三個物種之間進行選擇交互，虛線箭頭表示物種1比物種2、3都更弱。下：模擬中出現的一些群落模式。物種1、2和3的個體分別用橙色、深藍色和淡藍色的點來表示；白點表示為空白處。| 圖片來源：Menezes et al.

為了使一個物種比另外兩個物種更弱，研究人員讓其中一個物種獲得選擇交互的機會更低。結果發現，模擬得到的結果與預期結果相反，較弱的物種不一定會滅絕。在某些程度的弱小水平上，較弱的物種最初幾乎能掌控所有的領土。這是因為較弱的物種能選擇（即殺死）它所能主導的物種個體數量較少，導致被主導物種增長，進而限制了第三種物種的生長。而這第三種物種會主導這種較弱物種，所以第三種物種的有限增長給了較弱物種以生長空間。

基於這一類原因，之前有研究表明，較弱物種或許能總是佔據主導地位，即使從長遠來看也是如此。然而，在新的模擬中，研究人員發現了一些不同的東西。他們驚訝地發現，較弱物種不一定像文獻中所描述的那樣，總能贏得這種不平衡的石頭-剪刀-布的遊戲。而是發現物種的獲勝與否取決於較弱物種的移動性和能力。

a顯示的為三個物種的最初分布，b、c、d分別呈現了在經過675代、750代和825代後的格局。| 圖片來源：Menezes et al.

隨著時間的推移，新的模式也會隨之出現，準確地呈現出不同物種在空間上如何共存。特別是出現了一種螺旋形的像波浪一樣移動的模式，直到它們彼此相遇，在相遇的點上，才形成了能讓所有三個物種共存的小群體。螺旋模式以及由此產生的共存更有可能發生在更大的網格上，因為這增加了所有物種的移動性，並讓物種可以彼此接觸。

當網格上幾乎是由一個單一物種主導時，美麗的螺旋圖紋就出現了。螺旋形模式的形成與普通的石頭-剪刀-布模型完全不同。這樣的結果或許對生態學家有所幫助，因為他們需要描述和量化這些對於理解物種之間如何共存至關重要的模式。

結果還表明，共存也是有限度的：當較弱物種的能力弱於另外兩種物種的1/3時，共存的可能性就會大大降低。

未來，研究人員打算對更複雜的情況進行研究，比如自適應性生物系統，在這種情況下，一個物種為了保證自身的生存可以改變交互的概率。他們還準備探索生物間的交互能如何平衡物種之間的不平衡關係，以及疾病和其他捕食者的影響。他們的終極目標是為了理解疾病爆發或共同的捕食者調解能如何在不平衡的石頭-剪刀-布模型中增加共存的機會。

[1]https://phys.org/news/2019-07-rock-paper-scissors-game-coexistence.html

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