Att använda rätt strategi i en komplex miljö
Att använda rätt sökstrategi är avgörande inom många aktiviteter. Men de hittills rådande strategierna har inte tagit tillräcklig hänsyn till att de flesta miljöer innehåller hinder av olika slag. Det visar en ny studie som publicerats i den vetenskapliga tidskriften PNAS.
I miljöer med knappa resurser kan rätt sökstrategi göra skillnaden mellan att lyckas och misslyckas. Ibland kan det till och med vara en fråga om liv och död.
– Till exempel för djur som letar efter mat i en miljö där det är ont om föda. Eller för räddningspersonal under sök- och räddningsoperationer i katastrofzoner, säger Giovanni Volpe, forskare i fysik vid Göteborgs universitet och en av författarna bakom artikeln.
Reviderar gamla teorier
För att lättast hitta föremål, som är glest utspridda i en enhetlig miljö, har hittills två teorier förespråkats av forskarna. Den ena teorin förespråkar en strategi att söka längs en lång sträcka rakt framåt och sedan ändra riktning (teori Lévy). Den andra strategin innebär att leta runtom utgångspunkten och alltså undersöka en mindre yta, fast grundligt (Browns teori).
– I verkligheten är de flesta miljöer inte enhetliga utan de har hinder av olika slag. Inuti cellen finns organeller. I naturliga landskap finns till exempel berg och vattendrag. Det är alltså inte möjligt att gå rakt fram, säger Giovanni Volpe.
Studierna visar att när gränser och hinder är närvarande i en miljö måste strategin ta hänsyn till detta. Forskarna bakom artikeln i PNAS lanserar därför en ny modell som kan ses som en hybridmodell som ligger närmare Browns teori än Lévys.
– Vi har prövat båda teorierna i storskaliga datorsimuleringar och diskuterat hur robusta teorierna är från fall till fall och vi har funnit att en hybridmodell, som tar hänsyn till miljö och topografi, är mer relevant. Det gäller för sökproblem som innefattar allt från djurs strategier att söka föda i ett naturligt landskap, till biomolekylers strategier för att optimera biokemiska reaktioner inom en cell, säger Giovanni Volpe.
Bakom studien står forskare från Göteborgs universitet tillsammans med forskare från Storbritannien.
Artikelns titel: The topography of the environment alters the optimal search strategy for active particles
Länk till artikel>>
Kontakt:
Giovanni Volpe, forskare vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, mobil: 0709-96 61 81, e-post: giovanni.volpe@physics.gu.se
Foto: Malin Arnesson