Понимание клоновых стратегии в сложных экологических систем:
от индивидуального поведения растений к многокомпонентным взаимодействиям с помощью виртуальных моделей степей (проект VIP)
Целью данного проекта является изучение основных механизмов, участвующих в динамике прерий в ответ на возмущение (периодические покос, выпас скота ...). Такая модель имеет несколько приложений, таких как разработка прерий (степей, лугов) с высокой агрономической ценностью или сохранение экологических систем с высоким биоразнообразием. Новые идеи получают развитие в последнее время для современных экологических применений таких систем (см., например, недавнее исследование под эгидой NSF "Смешанные степные травы являются более эффективным источником биотоплива, чем этанол и зерновое (кукуруза и соевые бобы) биодизельное топливо (Mixed Prairie Grasses are better source of biofuel than corn ethanol and soybean biodiesel)"
В рамках проекта ViP планируется спрогнозировать, последствия методов управления по вопросам конкуренции растительной и генетической структуры степей .
В нашем проекте экспериментальные данные от статистических измерений в степях и контролируемых экспериментов по вегетативному размножению растений, находящихся в различных условиях окружающей среды, служат основой для моделирования. Отдельные средства базовой модели имитируют единичные растения, как растущую сеть ramet (?) (т.е. новых размножающихся индивидуальностей) и их связи (структуры, связывающие ramets и способствующие распространению растений в пространстве).
Фаза 1 проекта является исследованием и классификацией поведения отдельных размножающихся растений и их стратегию для выживания в сложных условиях: клоновые черты и их пластичность лежат в основе этого вопроса. Основной целью является определение целевой функции, которая соответствует оптимальной стратегии роста.
Вторым этапом проекта является изучение динамических клоновых смесей видов в полях. Правила, связанные с взаимодействием растений будет добавлен.
Оба этапа анализируются Silico(?) в разномасштабных моделях прерий с подтверждением экспериментами; фазы 1 достигается за счет создания агент-ориентированная модель отдельных растений и получения групп правил из набора контролируемых экспериментов. Пространство параметров очень велико и эволюционное программирование является единственным способом этого экологического исследования. Во второй фазе, будут моделированы динамические взаимодействия между тысячами отдельных объектов, чтобы наблюдать потенциальные появляющиеся свойства в этой сложной экологической системе.
Оба этапа потребует очень больших масштабов моделирования с запутанными параллелизмами, которые могут быть достигнуты с платформой BOINC.
Грубая аппроксимация пространства параметров требуется порядка 1000 000 имитации, следует считать 10 лет на одном компьютере. Изучение одного эволюционного пути требует порядка , по крайней мере, года расчетов на одном компьютере (phase1). Есть действительно десятки путей, участвующих в эволюционной динамике. Сложность моделирования второй фазы исследований примерно на два порядка выше. Работа, которая может воспользовать свободное время 10000 персональных компьютеров в течение месяца, должна принести новые результаты в экологии степей, которые никогда не были доступны в прошлом.