具有保护溢出效应的循环交互中涡旋决定生物多样性动力学

如果石头胜剪刀且剪刀胜布，人们可能会假设石头也胜布。但对于构成著名石头-剪刀-布游戏的不传递关系而言，情况并非如此。然而，仅仅布的存在就可能阻止石头胜剪刀，仅仅因为布胜石头。这是带有保护溢出效应的石头-剪刀-布游戏的蓝图，该游戏最近被引入作为充分混合微生物种群中生物多样性的新范式。在此，我们研究了结构化种群中的该游戏，证明保护溢出效应产生了在经典石头-剪刀-布游戏中无法观察到的空间模式。我们表明，系统的时空动力学由稳定涡旋的密度决定，这些涡旋最终可能转化为冻结态、传播波或传播方向反转的靶波，其转化进一步取决于物种间相互作用的随机性程度和类型。如果涡旋稀少，则更有可能固定为波和复杂振荡解。此外，相互作用中的退火随机性有利于靶波的出现，而淬火随机性有利于集体同步。我们的结果表明，保护溢出效应可能从根本上改变结构化种群中循环支配的动力学，并勾勒了在微生物种群中编程模式形成的可能性。