通过自适应限制器控制稳定空间结构种群

稳定复杂非线性系统的动力学是包括生态学和保护生物学在内的多个科学领域的主要关注点。不幸的是，大多数旨在减少混沌系统波动的方法并不适用于真实的生物种群。这是因为此类方法通常需要关于系统特定参数的详细知识以及实时操纵这些参数的能力；而这些条件在大多数真实种群中往往无法满足。此外，真实种群通常具有噪声且易于灭绝，这有时会使此类方法失效。在此，我们研究了一种通过扰动种群规模起作用的控制策略，该策略对合理程度的噪声和灭绝概率具有鲁棒性。这种称为自适应限制器控制（Adaptive Limiter Control, ALC）的策略此前已被证明能提高实验室种群和黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）集合种群的恒定性和持久性。本文提出了关于 ALC 对集合种群波动和持久性影响的详细数值研究。我们表明，在高迁移率下，应用 ALC 不需要关于种群增长率的先验信息。我们还表明，即使仅应用于总亚种群数量的十分之一，ALC 也能稳定集合种群。此外，即使亚种群具有高灭绝率，ALC 仍然有效：而在这种条件下，另一种控制算法此前未能实现稳定。重要的是，ALC 不仅减少了集合种群规模的波动，还降低了全局灭绝概率。最后，该方法对动力学和环境承载力的中等水平噪声具有鲁棒性。这些结果与我们早期的实证发现相结合，确立了 ALC 作为稳定真实生物集合种群的有力候选方案。