User:Plaz03

Simulace tučňáků hledajících lásku na ledové kře

Definice problému

Tato simulace modeluje chování tučňáků během námluv v drsných podmínkách Antarktidy. Každý tučňák hledá vhodného partnera pro vytvoření páru a následnému hnízdění, zatímco čelí nástrahám prostředí – nestabilnímu ledu, přítomnosti predátorů, tedy kosatkám a lachtanům a také konkurenci ostatních tučňáků.

Tučňáci se liší svým „balicím stylem“ – někteří jsou stydliví a vyčkávají, jiní se nebojí aktivně oslovovat ostatní. Existuje i smíšený typ, který kombinuje oba přístupy. Odlišný přístup k seznamování ovlivňuje jejich šanci na úspěšné spárování a přežití do hnízdní sezóny.

Cíl simulace

Cílem je zjistit, která strategie seznamování je nejúspěšnější v závislosti na typu prostředí a rizicích. Simulace sleduje, jak si vedou jednotlivé typy chování při párování a přežití, a jak interakce mezi agenty ovlivňuje celkový výsledek kolonie.

Použití simulace

Simulace může sloužit jako:

• edukativní nástroj pro výuku agentového modelování (např. na středních školách a VŠ),
• metafora seznamovacích strategií v reálném světě,
• zábavný a vizuálně atraktivní model kolektivního chování.

Metoda

Simulace je vytvořena v prostředí NetLogo jako multiagentní model. Každý tučňák je agent s vlastním nastavením. Pole pohybu je rozděleno do zón – pevnina, ledová kra a oceán.

Predátoři se pohybují ve svém přirozeném prostředí a představují riziko útoku – kosatky v oceánu a tuleni na souši. Tučňáci se pohybují po kře, vyhledávají vhodné partnery, navazují kontakt a snaží se úspěšně spárovat. V případě úspěchu mizí ze scény – jdou založit hnízdo. V případě neúspěchu si pamatují, kdo je odmítl, není tedy možné to zkoušet na stejné tučňáky pořád dokola a zacyklit se.

Model

Hlavními agenty jsou tedy tučňáci s různým typem seznamovacího chování (plachý, odvážný, smíšený), kteří se pohybují po ledové kře s různě stabilními oblastmi a výskytem predátorů (lachtani a kosatky).

Prostředí je tvořeno třemi typy terénu:

• oceán – pohyb kosatek,
• pevnina – místo pro pohyb a páření, na pevnině tučňáky ohrožují tuleni,
• ledová kra – rizikové místo, které může prasknout, funguje jako pevnina, ale po prasknutí se stává oceánem a dává tak kosatkám více prostoru, zatímco tučňáci přicházejí o prostor k pohybu

Tučňáci (penguins)

• chování: shy, bold, mixed
• pohlaví: male, female, kdy dvě stejná pohlaví za sebou nechodí a párují se jen samec + samice
• stav: has-partner?, tedy spárovaný / nespárovaný

Predátoři (predators)

• habitat: land, ocean
• náhodně se pohybují po svém typu terénu a mohou napadnout tučňáky, je to spíše element náhody, nemají za cíl simulaci nějak výrazně narušovat

Chování agentů

• Odvážní tučňáci aktivně vyhledávají partnery a často riskují, dpovídá samcům, kteří aktivně předvádějí své námluvy, hlasové projevy a fyzické atributy, aby přilákali samici.
• Plaché typy pouze vyčkávají, tento typ odpovídá tučňákům, kteří méně aktivně vyhledávají partnera a spíše reagují na iniciativu druhých.
• Smíšené typy kombinují obě strategie, představuje tučňáky, kteří adaptují své chování podle situace, střídají pasivní a aktivní přístup k námluvám.

Po úspěšném spárování oba jedinci zmizí ze scény. Pokud se pohybují příliš po rizikovém terénu, mohou zahynout vlivem útoku predátora nebo prasknutí ledu.

Mapa

• biome-cluster-strenght = jak moc bude mapa celistvá
• land-ratio = kolik procent mapy bude pevnina (sněhová plocha, kde chodí tučňáci)
• ice-ratio = kolik procent mapy budou zabírat ledové kry, tedy prostor, který se může propadnout

Nastavitelné proměnné v simulaci:

- Počet tučňáků podle typu chování (plachý, odvážný, smíšený) - Poměr pohlaví, kdy ve skutečnosti je tento poměr zhruba 1:1, ale pokud samice nepřežijí migraci, může být 60:40 pro samce - Počet predátorů na pevnině a v oceánu - Pravděpodobnost úspěchu podle typu chování

Náhodné proměnné v simulaci:

• Rozmístění tučňáků a predátorů
• Výběr partnera
• Směr pohybu tučňáků při hledání

Doporučené výchozí nastavení na základě zdrojů a dat

Výsledky

Simulace sleduje několik metrik, zejména:

• Počet úspěšných párů (successful-pairs)
• Počet úmrtí způsobených predátory (died-by-predator)
• Úspěšnost jednotlivých strategií:
  • paired-shy
  • paired-bold
  • paired-mixed

Tučňáci u sebe navíc během celé simulace mají číslo, 1 pro samce, 0 pro samice. Což je pak lépe vidět i po konci simulace, kdy na mapě zůstanou jen nespárovaní tučňáci.

Diskuze a omezení modelu

Cílem této simulace nebylo přesně replikovat chování skutečných tučňáků, ale spíše nahlédnout do dynamiky seznamovacích strategií v prostředí, kde hraje roli riziko, trpělivost a výběrové chování. Přesto je důležité upozornit na několik omezení modelu:

Zjednodušení reality

•  V kolonii je většinou několik stovek až desetitisíce jedinců. Průměrná kolonie má často 2 000–5 000 párů tučňáků (samec + samice), model by ale s tak vysokým počtem tučňáků nefungoval, proto je toto číslo 10x zmenšené. Tedy 1 tučňák v simulaci představuje 10 tučňáků ve skutečnosti.
• Pohlavní poměr v kolonii bývá zhruba vyrovnaný při období hnízdění (1:1), protože samice a samci se střídají při inkubaci a péči. Některé samice nepřežijí migraci nebo se vrací pozdě, takže to pak může vést až k převaze samců (např. 60:40).

Technická omezení

• Predátoři se pohybují náhodně, což nezohledňuje inteligentní lov. To může zkreslit reálnou míru rizika pro odvážné tučňáky.
• Paměť tučňáků o minulých odmítnutích je omezená – chování by mohlo být komplexnější, např. s učením nebo vyhýbáním se stejným situacím.
• Nezahrnuje se žádný faktor fyziologického vyčerpání nebo „nákladů“ na páření – každý tučňák má nekonečnou energii, což není realistické.

Závěr

Simulace zábavnou formou zkoumá rovnováhu mezi opatrností a odvahou v sociálním chování. Ukazuje, že přežití a úspěch závisí nejen na individuální strategii, ale i na prostředí, ve kterém se jedinec nachází – a že někdy je třeba riskovat, abyste si mohli najít partnera a uniknout kosatkám.

Neexistuje univerzálně nejlepší „balící strategie“. Úspěšnost zásadně ovlivňuje kontext prostředí. V nebezpečných podmínkách může být lepší opatrnost, zatímco v bezpečných podmínkách se vyplatí aktivita. Model tak podporuje hypotézu, že v přirozeném výběru není jeden ideál chování, ale spíše adaptivní rozmanitost.

Reference

Stabilita mořského ledu a úspěšnost hnízdění [1]

Úspěšnost hnízdění u tučňáků malých [2]

Námluvy a párování tučňáků [3]

BBC Earth, National Geographic, Attenboroughovy dokumenty

Kód

File:Tucnaci-placha.nlogo