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Francesco Giannino » 18.Un confronto tra individual-based model and community model


Indice della lezione

L’analisi di un modello di vegetazione implementato nei due diversi metodi modellistici, introduzione la concetto di equilibrio.

IBM/CM: equilibrio

Analisi del concetto di equilibrio nei due diversi approcci modellisitici

Gli ecologi considerano che i sistemi ecologici sono sistemi in equilibrio.

Gli approcci IBM mostrano che una comunità può essere un sistema in non-equilibrio: la sua dinamica è caratterizzata da oscillazioni.

IBM/CM: un esempio

In questo esempio analizzeremo un classico modello di vegetazione (Mechanisms of the species coexistence: Tilman, Competition and Biodiversity in Ecology, vol.75 n°. 1, (1994)) implementato nei due diversi approcci IBM e CM.

Il modello descrive la dinamica di due specie in funzione dei tre differenti fattori:

  • Competizione
  • Colonizzazione
  • Ciclo di vita

Tilman/CM

L’implementazione del modello con un approccio continuo di comunita porta alla sua definizione matematica di due equazioni differenziali (figura 1).

La figura 2 mostra l’implementazione del modello in SIMILE e i risultati delle biomasse di p1 e p2.

Come si puo notare le due variabili di stato raggiungo un equilibrio.

Il modello matematico

Il modello matematico

Il modello in Simile e i risultati della simulazione

Il modello in Simile e i risultati della simulazione


Tilman/IBM

A differenza del modello a equazioni differenziali, il modello di Tilman in un approccio IBM viene tradotto con la descrizione dei singoli individui e della interazioni tra questi (figura 1).

Come si puo notare in figura 2 le due popolazioni non raggiungono un equilibrio ma oscillano attorno a questo.

 Il modello IBM in SIMILE

Il modello IBM in SIMILE

 Risultati della simulazione

Risultati della simulazione


IBM e realtà virtuale

S. Mazzoleni, F. Giannino, M. Amato, R. Gucci and G. Toraldo, Individual based model of plant communities, athematical Modelling & Computing in Biology and Medicine, (V.Capasso Ed.), The MIRIAM Project Series, ESCULAPIO Pub., 2003, pp. 288-294

VRML del modello di dinamica della vegetazione

VRML del modello di dinamica della vegetazione


Conclusioni

I modelli individual-based permettono di simulare la dinamica delle popolazioni in maniera molto piu “realistica” rispetto ai modelli di comunità aggregata, in particolare considerano: la dinamica della comunità come una proprietà emergente del sistema, ottenuta attraverso l’interazione dei singoli individui:

  • Le interazioni spaziali
  • L’analisi del disturbo
  • I cambiamenti dell’ambiente circostante

Le difficoltà di implementazioni e i problemi computazioni degli IBM sono attualmente ancora un fattore limitante per una rapida e profonda diffusione di questo approccio modellistico.

I materiali di supporto della lezione

Huston, DeAngelis, Post, New computer models unify ecological theory. BioScience (1988) 38, 682–691.

DeAngelis, Gross, Individual-Based Models and Approaches in Ecology. Chapman and Hall, London. (1992)

Grimm, Ten years of individual-based modelling in ecology: what have we learned and what could we learn in the future? Ecological Modelling (1999), 115, 129-148

Uchmanski, Grimm, Individual-based modelling in ecology: what makes the difference? Tree (1996), 11, 437-441

Haefner, Parallel computers and individual-based Models: An Overview Individual-Based Models and Approaches in Ecology (1992)

Lorek, Sonnenschein, Modelling and simulation software to support individual-based ecological modelling, Ecological Modelling (1999), 115, 199-216

Lorek, Sonnenschein, Using parallel computers to simulate individual-oriented models in Ecology: a case study

Muetzelfeldt, Massheder, The Simile visual modelling environment,European Journal of Agronomy (2003), 18, 345-358

Villa, Costanza, Design of multi-paradigm integrating modelling tools for ecological research, Environmental Modelling & Software (2000), 15, 169-177

Ulbrich, Henschel, Intraspecific competition in a social spider, Ecological Modelling (1999), 115, 243-251

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