Allee effect across spatial scales: a statistical-physics approach to population dynamics

• Autor(a) principal: Jorge, Daniel Cardoso Pereira
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: https://hdl.handle.net/11449/250941
• topic: Allee effect; Mathematical modelling; Pattern formation; Group Allee effect; Critical transitions

Interações intraespecíficas são peças fundamentais na dinâmica populacional porque estabelecem relações entre o fitness dos indivíduos e a densidade populacional. O efeito Allee é definido como uma correlação positiva entre qualquer componente do fitness de um organismo focal e a densidade populacional, e pode levar a uma dependência positiva entre a taxa de crescimento populacional per capita com a densidade populacional. A estrutura espacial da população é a chave para determinar se e até que ponto um efeito Allee se manifestará no nível demográfico, visto que ela determina como os indivíduos interagem uns com os outros. No entanto, os modelos espaciais existentes para estudar o efeito Allee impõem uma estrutura espacial fixa, o que limita nossa compreensão de como um efeito Allee e a dinâmica espacial impactam conjuntamente a dinâmica populacional. Para preencher essa lacuna, introduzimos um formalismo teórico espacialmente explícito onde a estrutura espacial e a dinâmica populacional são propriedades emergentes das taxas demográficas e de movimento em nível individual. Construímos o modelo ao nível do indivíduo, definindo taxas demográficas e de movimento levando a uma dinâmica populacional estocástica que exploramos através de simulações numéricas. Para entender melhor o resultado dessas simulações numéricas, escrevemos uma equação mestra para a dinâmica da probabilidade de encontrar a população em um determinado estado e usamos o formalismo Doi-Peliti para derivar uma equação determinística para a densidade populacional. A população apresenta uma variedade de padrões espaciais que determinam as consequências demográficas de um efeito Allee no nível individuo. Mostramos que o agrupamento de organismos aumenta a abundância populacional e permite que as populações sobrevivam em ambientes mais hostis e em densidades populacionais globais mais baixas. Além disso, a agregação pode impedir que o efeito Allee no nível do indivíduo se manifeste no nível da população ou restringi-lo a uma escala local. Esses resultados fornecem uma compreensão mecanicista de como o efeitos Allee pode operar para diferentes estruturas populacionais e emergir no nível da população. Nossos resultados destacam o poder do formalismo matemático da física estatística para investigar tópicos interdisciplinares