Predator - prey - people (in Czech)

1 collaborator

PREDÁTOR - KOŘIST A LIDÉ

CÍL

Interaktivní výukové prostředí Predátor – kořist a lidé vychází z klasického modelu vztahů v potravním řetězci. V tomto případě se jedná o populace rostlin, jelenů (zástupci býložravců) a vlků (zástupci predátorů), do jejichž populace zasahuje člověk. Jeleni a vlci se pohybují náhodně po ploše a snaží se získat ve svém místě potravu. Mají-li k tomu příležitost, živočichové se rozmnožují, rostliny jsou na celé ploše a po určité době se obnovují. Navíc je do těchto vztahů zahrnut vliv člověka, a to ve dvou směrech - lov a zemědělství.

Cílem je ukázat, jak je výsledný ekosystém se zásahy člověka stabilní či nestabilní.

K jakým otázkám by použití interaktivního výukového prostředí mělo vést?

Jaký je možný vývoj velikostí jednotlivých populací v čase?
Jak je vývoj ekosystému citlivý na nastavení vztahů mezi populacemi?
Jak je ekosystém stabilní při různých lidských zásazích, jako je například změna skladby pěstovaných rostlin?
Jak udržitelně v těchto podmínkách hospodařit?
Jak veliké území je třeba chránit, aby se všechny populace udržely?

OVLÁDÁNÍ

Interaktivní výukové prostředí se dle nastavených parametrů inicializuje kliknutím na tlačítko [Inicializace]. Jeleni, vlci a lidé se podle nastavených parametrů náhodně rozmístí po ploše. Dle nastavení se také vytvoří chráněné území, které je graficky vyznačené tmavší barvou.

Následně je možné krokovat simulaci v čase (1 krok, 25 kroků a 100 kroků) a sledovat vývoj jednotlivých populací.

Parametr podíl zemědělců určuje, kolik lidí se v populaci po narození stane zemědělci, z ostatních se stanou lovci.

Zemědělci mají zelenou barvu, lovci červenou.

UKÁZKOVÉ PŘÍKLADY K ŘEŠENÍ

Vývoj jednotlivých populací v čase závisí velmi silně na nastavených parametrech.

U prvního příkladu se ekosystém udržuje v dynamické rovnováze, což lze vyzkoušet nastavením následujících parametrů:

Doba růstu rostlin = 10 kroků
Zisk energie z rostliny = 2
Počáteční počet jelenů = 150
Jelení míra reprodukce = 3 %/krok
Zisk energie z jelena = 30
Počáteční počet vlků = 20
Vlčí míra reprodukce = 4 %/krok
Zisk energie z vlka = 10
Počáteční počet lidí = 0

Nastavení je v tomto případně takové, že vliv lidí neexistuje. Populace se dostanou do dynamické rovnováhy a v ní setrvávají.

V dalším příkladu si představme základní vliv člověka - lov. Počáteční počet lidí nastavíme na 10, podíl zemědělců na 0 %. Míru lidské reprodukce na 1 %/krok. Nejdříve nebudeme chránit žádné území (nastavíme chráněné území na 0 %). Výsledek je takový, že lidští lovci velmi rychle vyhubí vlky, ať již přímým lovem, nebo na základě omezení populace jelenů. Tento stav nastane, přestože lidí je na začátku dvakrát méně. Je to dáno tím, že lidé jsou v tomto modelu úspěšnější lovci, i když se nerozmnožují tak rychle jako vlci - dokáží sledovat vlky i jeleny a pohybovat se za nimi. Zjistěte si, kolik maximálně lovců ekosystém uživí? Které populace dlouhodobě přežívají?

Co když začneme určité území chránit? Jak velké to území musí být, aby zůstali vlci i lidé zachováni? Povšimněte si, že je to někde mezi 27 - 40 %. Je-li chráněno méně území, vlci jsou typicky vyhubeni. Je-li chráněno více, lidští lovci většinou dlouhodobě nepřežijí.

Dalším vlivem člověka na ekosystém je zemědělství. V tomto případě se opět lidé chovají záměrně a ve svém okolí se pohybují tam, kde je možné něco sklidit, jsou tedy přímými konkurenty jelenů. Počáteční počet lidí nastavíme na 10, podíl zemědělců na 100 %. Míru lidské reprodukce na 1 %/krok. Chráněné území nastavíme na 0 %. Kdo v tomto případě přežije? Výsledkem je překvapivě poměrně rychlé vyhubení jak vlků, tak i jelenů. Zároveň si povšimněte, jak velké množství lidí ekosystém uživí oproti situaci, kdy se pouze loví. Dále lze v případě zemědělství experimentovat například s energetickou výtěžností rostlin.

Zkusme zachránit populace vlků a jelenů tím, že budeme chránit území. Kolik % území to musí být, abychom byli úspěšní? Sami zjistíte, že při ochraně alespoň 45 % se zachovají jeleni, pro zachování populace vlků musíme chránit cca 2/3 území. Překročíme-li cca 80 % území, nepřežijí zemědělci.

Závěrem lze shrnout, že nalézt rovnováhu, kdy budou v ekosystému trvale lovci, zemědělci, vlci i jeleni je velmi obtížné. Zkuste si to! I když rovnováhu třeba najdete, zamyslete se, nakolik budou zemědělci a lovci s daným stavem spokojeni. Vysvětluje to mimo jiné celou řadu praktických problémů, se kterými se setkávají zákonodárci, státní správa, ochránci přírody, myslivci, zemědělci a další.

JAKÉ ÚLOHY LZE V TOMTO INTERAKTIVNÍM VÝUKOVÉM PROSTŘEDÍ ŘEŠIT?

1. Bez zásahu do výpočetního modelu

S tímto interaktivním výukovým prostředím lze provádět různé experimenty, které se týkají vývoje vztahů v simulovaném ekosystému v čase. Různé scénáře mohou odrážet rozdílné situace, jako jsou počáteční stavy, energetická výtěžnost jednotlivých stupňů a rychlosti reprodukce jednotlivých populací.

Při simulacích je vhodné si povšimnout, jak je například nárůst populace jelenů následován po určitém zpoždění nárůstem populace vlků, resp. lovců. Tím dojde ke snížení populace jelenů, což je opět se zpožděním zohledněno u populace vlků, resp. lovců. Tento princip udržuje v ekosystému za určitých podmínek dynamickou rovnováhu.

Významná je v tomto případě také ochrana, která reguluje vliv člověka na ekosystém. V uvedených příkladech lze vidět hraniční případy, kdy neregulované zásahy člověka ekosystém destabilizují a ničí, není-li ochrana dostatečně účinná. Za různých vstupních nastavení tedy lze hledat optimální míru regulace, která, jak lze vypozorovat, se případ od případu může poměrně výrazně lišit.

Pro použití se dá doporučit přístup založení na stanovování a testování hypotéz, což rozvíjí vědecké myšlení. Žáci by se měli pokusit předvídat, co se stane, když jeden z parametrů změní. Vzhledem k náhodnosti celé řady jevů v interaktivním výukovém prostředí lze totiž při stejném počátečním nastavení sledovat, nakolik je sledovaný výsledek zákonitý (opakuje se při opakovaných simulacích se stejnými parametry) či nahodilý.

Zároveň je možné i některé z parametrů měnit za běhu modelu (například míry reprodukce a energetickou výtěžnost potravy). Tím je možné získat porovnání vlivu změn a případně napodobit i některé aspekty evoluce (mutace, přirozený výběr). Z hlediska lidských vlivů lze za běhu měnit podíl zemědělců, který určuje zaměřených nově narozených jedinců.

K navození konkrétních situací ve vztahu k ČR lze doporučit např. následující zdroj: http://www.selmy.cz/clanky/vyznam-velkych-selem-a-jejich-vliv-na-korist/

2. Se zásahem do výpočetního modelu

Možných zásahů je celá řada. Rozmnožování je v tomto obecném modelu řešeno nepohlavně, lze tedy zapojit pokročilejší pravidla reprodukce. Obdobně je i pohyb řešen náhodně, lze pro něj stanovit některá další pravidla - například stádové chování, různou rychlost vlků a jelenů, záměrný lov apod. Úmrtí v modelu plně závisí na dostupné energii a lovu, což lze také rozšířit.

POUŽITÉ ZDROJE

Wilensky, U. & Reisman, K. (1999). Connected Science: Learning Biology through Constructing and Testing Computational Theories -- an Embodied Modeling Approach. International Journal of Complex Systems, M. 234, pp. 1 - 12.
Wilensky, U. & Reisman, K. (2006). Thinking like a Wolf, a Sheep or a Firefly: Learning Biology through Constructing and Testing Computational Theories -- an Embodied Modeling Approach. Cognition & Instruction, 24(2), pp. 171-209. http://ccl.northwestern.edu/papers/wolfsheep.pdf
Wilensky, U. (1997). NetLogo Wolf Sheep Predation model. http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/WolfSheepPredation. Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL.
Wilensky, U. (1999). NetLogo. http://ccl.northwestern.edu/netlogo/. Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL.

LICENČNÍ UJEDNÁNÍ

Vytvořeno v rámci projektu ESF CZ.1.07/1.1.00/08.0094 Vzdělávání pro udržitelný rozvoj v environmentálních a ekonomických souvislostech řešeného Asociací pedagogů základního školství ČR. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

http://www.vcele.eu

Použití tohoto software se řídí licenčním ujednáním Creative Commons BY-SA (viz http://www.creativecommons.cz/).

Comments and Questions

Viktor Vojtko

Model description in English

The model shows impact of people (hunters, gatherers/farmers) on a classical predator - prey ecosystem. It is possible to set protected land proportion.

Posted over 12 years ago

Click to Run Model

breed [jeleni jelen]  
breed [vlci vlk]
breed [lide clovek]
turtles-own [energie]
lide-own [zemedelec zasoby]
patches-own [odpocet ochrana]

to setup
  clear-all
  ask patches [ set pcolor green ]
    ask patches [
      set odpocet random doba-rustu-rostlin 
      set pcolor one-of [66 37]
      set ochrana false  
    ]
  ask one-of patches [
    if chranene-uzemi > 0 [set ochrana true]
  ]
  repeat (chranene-uzemi / 100 * count patches - 1) [
    ask one-of patches with [ochrana] [
      if-else any? neighbors with [not ochrana] 
      [ask one-of neighbors with [not ochrana] [set ochrana true]]
      [ask one-of patches with [not ochrana] [set ochrana true]]
    ]
  ]
  ask patches with [ochrana] [set pcolor pcolor - 3]
  set-default-shape jeleni "jelen"
  create-jeleni poc-pocet-jelenu  
  [
    set color 32
    set size 2  
    set label-color blue - 2
    set energie random (2 * zisk-energie-z-rostliny)
    setxy random-xcor random-ycor
  ]
  set-default-shape vlci "vlk"
  create-vlci poc-pocet-vlku  
  [
    set color 4
    set size 2
    set energie random (2 * zisk-energie-z-jelena)
    setxy random-xcor random-ycor
  ]
  set-default-shape lide "person"
  create-lide poc-pocet-lidi
  [
    set color 14
    set size 2
    set energie random (2 * zisk-energie-z-jelena)
    setxy random-xcor random-ycor
    set zemedelec false
  ]
  ask n-of (podil-zemedelcu / 100 * count lide) lide [
    set zemedelec true
    set color 62
  ]
  reset-ticks
end 

to krokuj [kroky]
 repeat kroky [ go ]
end 

to go
  if not any? turtles [ stop ]
  ask lide with [zemedelec] [
    pohyb-lide-sklizen
    set energie energie - 1
    jist-rostliny-lide
    reprodukovat-lidi
    smrt-hladem
  ]
  ask lide with [not zemedelec] [
    pohyb-lide-lov
    set energie energie - 1
    chytat-korist
    reprodukovat-lidi
    smrt-hladem
  ]
  ask jeleni [
    pohyb
    set energie energie - 1  ; jeleni pohybem ztraceji energii
    jist-rostliny
    reprodukovat-jeleny
    smrt-hladem
  ]
  ask vlci [
    pohyb
    set energie energie - 1  ; vlci pohybem ztraceji energii
    chytat-jeleny
    reprodukovat-vlky
    smrt-hladem
  ]
  ask patches [ rust-rostlin ]
  tick
end 

to pohyb  
  rt random 50
  lt random 50
  fd 1
end 

to pohyb-lide-sklizen
  ifelse any? neighbors with [count lide-here = 0 and (pcolor = 66)] [
    face one-of neighbors with [count lide-here = 0 and (pcolor = 66)]
  ]
  [
    rt random 50
    lt random 50
  ]
  fd 1
end 

to pohyb-lide-lov  
  ifelse any? jeleni with [distance myself <= 1 and not [ochrana] of patch-here ] [
    face one-of jeleni with [distance myself <= 1 and not [ochrana] of patch-here ]  
  ]
  [
    ifelse any? vlci with [distance myself <= 1 and not [ochrana] of patch-here ] [
      face one-of vlci with [distance myself <= 1 and not [ochrana] of patch-here ]
    ]
    [
      rt random 50
      lt random 50
    ]
  ]
  fd 1
end 

to jist-rostliny  
  if (pcolor = 66 or pcolor = 63) [
    set pcolor ifelse-value ochrana [34] [37]
    set energie energie + zisk-energie-z-rostliny  
  ]
end 

to jist-rostliny-lide  
  if (pcolor = 66) [
    set pcolor 37
    set energie energie + zisk-energie-z-rostliny  
  ]
end 

to reprodukovat-jeleny
  if random-float 100 < jeleni-reprodukce [ 
    set energie (energie / 2)                
    hatch 1 [ rt random-float 360 fd 1 ]
  ]
end 

to reprodukovat-vlky  
  if random-float 100 < vlci-reprodukce [  
    set energie (energie / 2)              
    hatch 1 [ rt random-float 360 fd 1 ]  
  ]
end 

to reprodukovat-lidi
  if random-float 100 < lidska-reprodukce [  
    set energie (energie / 2)              
    hatch 1 [ 
      if-else random-float 100 <= podil-zemedelcu 
      [ set zemedelec true
        set color 62 ]
      [ set zemedelec false
        set color 14 ]
      rt random-float 360 
      fd 1 
    ]  
  ]
end 

to chytat-jeleny
  let korist one-of jeleni in-radius 0.5                   
  if korist != nobody                             
    [ ask korist [ die ]                          
      set energie energie + zisk-energie-z-jelena ]
end 

to chytat-korist
  let korist one-of (turtle-set jeleni vlci) with [distance myself <= 0.5 and [not ochrana] of patch-here]
  if korist != nobody                             
    [ let zisk-energie ifelse-value ([breed] of korist = "jelen") [zisk-energie-z-jelena] [zisk-energie-z-vlka]
      ask korist [ die ]                          
      set energie energie + zisk-energie ]
end 

to smrt-hladem
  if energie < 0 [ die ]
end 

to rust-rostlin  
  if (pcolor = 37 or pcolor = 34) [
    ifelse odpocet <= 0
      [ set pcolor ifelse-value ochrana [63] [66]
        set odpocet doba-rustu-rostlin ]
      [ set odpocet odpocet - 1 ]
  ]
end

There is only one version of this model, created over 12 years ago by Viktor Vojtko.

Attached files

File	Type	Description	Last updated
Predator - prey - people (in Czech).png	preview	Preview for 'Predator - prey - people (in Czech)'	over 12 years ago, by Viktor Vojtko	Download

This model does not have any ancestors.

This model does not have any descendants.

NetLogo