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metadata.dc.type: Tese
Title: Dinâmica estocástica de sistemas biológicos: caos e o efeito do predador de topo
metadata.dc.creator: Souza Filho, Carlos Alberto de
metadata.dc.contributor.advisor1: Ramos , Jorge Gabriel Gomes de Souza
metadata.dc.description.resumo: Entender como diferentes espécies interagem e os mecanismos responsáveis por manter a biodiversidade observada na natureza é uma questão ainda aberta em ecologia. Diversos modelos simplificados foram propostos e amplamente estudados nas últimas décadas. Como exemplo podemos citar os modelos de competição acíclica, tipo predador-presa de Lotka-Volterra, usados para estudar a competição entre duas ou mais espécies de forma transitiva (hierárquica), e o modelo cíclico tipo Pedra-Papel-Tesoura, envolvendo três espécies ou mais espécies de forma intransitiva. É bem conhecido que a intransitividade pode levar a coexistência entre várias especies. Por outro lado, em relações transitivas, a importância ecológica do predador de topo tem sido o foco de extensa pesquisa em todo o mundo. Sua presença em um ecossistema pode favorecer a coexistência de espécies, uma vez que o mesmo interrompe o processo de exclusão competitiva, impondo sua própria ordem à composição de espécies. Tal fenômeno é conhecido como coexistência mediada por predação e tem sido registrado em vários ecossistemas distintos, tais como invertebrados em recifes de corais, comunidades de aves florestais, e diversidade de plantas. Esta tese trata dos efeitos de um predador de topo sobre a competição cíclica entre três espécies distintas que seguem as regras do jogo pedra-papel-tesoura. Adicionamos o predador de topo como a quarta espécie no sistema composto por três espécies que evoluem seguindo as regras padrão de mobilidade, reprodução e predação, e estudamos como o sistema evolui nesse novo ambiente, em comparação com o caso na ausência do predador de topo. Utilizamos o princípio de máxima entropia para derivar uma expressão matemática relacionando a densidade de máximos de um observável com sua função de autocorrelação temporal. Empregamos o conceito de distância Hamming para diferenciar o comportamento aleatório do caótico dos sistemas estudados. Os resultados mostram que as espécies em competição cíclica tendem a se agrupar como mecanismo de sobrevivência e o predador de topo tende a se espalhar uniformemente pela rede, diminuindo o tamanho médio dos aglomerados das espécies que competem de forma cíclica.
Abstract: To understand how different species interact and the mechanisms responsible for maintaining biodiversity observed in nature is a still open issue in ecology. Several simplified models have been proposed and extensively studied in the last few decades. As an example we can mention the acyclic predator-prey model of Lotka-Volterra, used to study the transitive competing relationship (hierarchical) between two or more species, and the rock-paper-scissors models involving three or more species in a intransitive relationship. It is well known that intransitivity may lead to biodiversity. On the other hand, in transitive relationship, the ecological importance of the apex predator has has been the focus of several investigations. The presence of an apex predator in a given ecosystem may favor coexistence of species, since it can diminish the process of competitive exclusion, imposing its own order to the set of species. This is known as predator-mediated coexistence and has been identified in several distinct settings, such as coral reef communities, communities of birds, and vegetationally diverse environments. This thesis deals with the effects of an apex predator on the cyclic competition among three distinct species that follow the rules of rock-paper-scissors game. We add the apex predator as the fourth species in the system that contains three species that evolve following the standard rules of migration, reproduction and predation, and study how the system evolves in this new environment, in comparison with the case in the absence of the apex predator. We use the principle of maximum entropy to derive a mathematical expression to connect the density of maxima of an observable to its autocorrelation function. We use the Hamming distance concept to differentiate the random behavior from the chaotic behavior of the systems studied. The results show that species in a cyclic competition engenders the tendency to cluster as a survival mechanism and the apex predator tends to spread uniformly in the lattice, diminishing the average size of the clusters of the species that compete cyclically.
Keywords: Predador de topo
Superpredador
Princípio de máxima entropia
Dinâmica caótica
Competição cíclica
Dinâmica de populações
Apex predator
Superpredator
Principle of maximum entropy
Chaotic dinamics
Cyclic competition
Population dynamics
Processo estocásticos
Modelos matemáticos
Sistemas biológicos - Evolução
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal da Paraíba
metadata.dc.publisher.initials: UFPB
metadata.dc.publisher.department: Física
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
metadata.dc.rights: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/16489
Issue Date: 30-Jun-2017
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