데이지월드

Daisyworld
표준 흑백 Daisy World 시뮬레이션 플롯.

컴퓨터 시뮬레이션인 데이지월드는 복사 에너지가 서서히 증가하거나 감소하는 별 주위를 도는 가상의 세계이다.그것은 지구-태양계의 중요한 요소들을 모방하기 위한 것으로 제임스 러브록과 앤드류 왓슨이 1983년[1] 가이아 가설의 타당성을 설명하기 위해 발표한 논문에서 소개되었다.1983년 원작에서 데이지월드는 검은 데이지와 흰 데이지라는 두 가지 종류의 데이지가 유일한 생명체이다.흰 꽃잎 데이지가 빛을 반사하는 반면 검은 꽃잎 데이지가 빛을 흡수합니다.이 시뮬레이션은 태양 광선이 더 강력해짐에 따라 데이지 월드의 두 데이지 개체군과 표면 온도를 추적합니다.데이지월드의 표면 온도는 광범위한 태양 출력에 걸쳐 거의 일정하게 유지됩니다.

가이아 가설을 뒷받침하는 수학적 모델

이 모델의 목적은 피드백 메커니즘이 고전적인 그룹 선택 [2]메커니즘이 아니라 이기적인 유기체의 행동이나 활동에서 발전할 수 있다는 것을 증명하는 것이다.Daisyworld는 검은 데이지와 흰 데이지 두 종류의 식물이 서식하는 행성의 에너지 예산을 조사합니다.데이지의 색은 행성의 알베도에 영향을 미쳐 검은 데이지가 빛을 흡수하여 행성을 따뜻하게 하는 반면, 하얀 데이지들은 빛을 반사하여 지구를 시원하게 한다.데이지 간의 경쟁(성장률에 대한 온도 영향 기준)은 데이지 성장에 최적인 행성 온도를 선호하는 경향이 있는 모집단의 균형을 이끈다.

러브록과 왓슨은 데이지월드의 태양을 낮은 태양정수에서 높은 태양정수로 진화시켜 데이지월드의 안정성을 입증했다.데이지월드의 태양 복사 수신에 대한 이러한 동요는 데이지의 균형을 점차 검은색에서 흰색으로 바꾸게 했지만, 행성의 온도는 항상 이 최적 상태로 조절되었다(태양 진화의 끝부분을 제외).이러한 상황은 온도가 조절되지 않고 태양 출력에 따라 선형적으로 상승하는 해당 비생물 세계와는 매우 다릅니다.

데이지월드의 후기 버전은 다양한 종류의 회색 데이지와 방목자와 포식자를 소개했고, 이것이 [3][4]항상성의 안정성을 더욱 높여준다는 것을 발견했다.보다 최근에, 지구의 실제 생화학적 주기를 모델링하고, 다양한 종류의 유기체 (예를 들어, 광합성체, 분해체, 초식동물과 1차 및 2차 육식동물)를 사용하는 다른 연구들도 데이지월드 같은 조절과 안정성을 만들어냈으며, 이는 행성의 생물학적 [5]다양성을 설명하는데 도움을 주었다.

이것은 한 사람의 유해 폐기물이 다른 길드의 회원들에게 저에너지 식품이 되는 종 간의 자연 도태에 의해 도출된 규제 프레임워크 내에서 영양소 재활용을 가능하게 한다.질소 대 인의 레드필드 비율에 대한 이 연구는 국소 생물 과정이 글로벌 시스템을 조절할 수 있다는 것을 보여준다(키스 다우닝과 피터 즈비린스키, 생화학 길드의 시뮬레이션 진화: 가이아 이론과 자연 도태의 조화).

오리지널 1983 시뮬레이션 개요

DaisyWorld 모델과 그것이 실제 지구 과학에 미치는 영향에 대한 짧은 비디오.

시뮬레이션이 시작될 때, 태양 광선은 약하고 데이지월드는 너무 추워서 생명체가 살 수 없다.그것의 표면은 척박하고 회색이다.태양 광선의 광도가 높아짐에 따라 검은 데이지의 발아도 가능해진다.검은 데이지들은 태양의 복사 에너지를 더 많이 흡수하기 때문에, 데이지월드의 여전히 서늘한 표면에서 개인의 온도를 건강한 수준으로 올릴 수 있습니다.그 결과, 그들은 번성하고 개체수는 곧 데이지월드의 평균 표면 온도를 높일 수 있을 만큼 충분히 커집니다.

표면이 뜨거워짐에 따라, 흰 데이지의 개체수가 검은 데이지의 개체수에 맞설 정도로 증가하는 흰 데이지가 살 수 있게 된다.두 모집단이 평형에 도달함에 따라 데이지월드의 표면 온도도 평형 상태에 도달하게 되는데, 데이지월드의 표면 온도도 평형 상태에 도달하게 됩니다.

이 시뮬레이션의 첫 단계에서 우리는 검은 데이지가 데이지월드를 따뜻하게 해서 메마른 회색 행성에서 가능했던 것보다 더 넓은 범위의 태양 광도로 살 수 있게 했다는 것을 알 수 있다.이것은 흰데이지 개체수의 증가를 가능하게 했고, 두 개의 데이지 개체군은 현재 표면 온도를 조절하기 위해 함께 일하고 있다.

시뮬레이션의 두 번째 단계는 태양의 밝기가 계속 증가하여 데이지월드의 표면을 데이지가 데이지가 살기 좋은 범위 이상으로 가열할 때 일어나는 일을 기록한다.이러한 온도 상승은 높은 알베도나 햇빛을 반사하는 능력 때문에 시원하게 지낼 수 있는 흰 데이지가 검은 데이지보다 선별적인 이점을 얻게 한다.데이지월드에 냉각 효과가 있는 검은 데이지 대신 흰 데이지가 나오기 시작한다.그 결과 데이지월드의 표면 온도는 태양의 밝기가 계속 증가하고 있음에도 불구하고 거주할 수 있는 - 사실 거의 일정하게 유지된다.

시뮬레이션의 세 번째 단계에서는 태양 광선이 너무 강력해서 곧 흰 데이지조차 더 이상 살 수 없게 된다.어느 정도 밝으면 개체수가 감소합니다. 태양 광선을 반사할 수 없는 메마른 회색 데이지월드의 표면은 빠르게 뜨거워집니다.

시뮬레이션의 이 시점에서 태양 광도는 감소하도록 프로그램되어 원래 경로를 초기값으로 되돌립니다.제3단계에서 데이지의 개체수가 많은 수준까지 감소하더라도 메마른 회색 데이지월드의 표면은 여전히 너무 뜨거워서 데이지가 자랄 수 없다.결국, 태양 광선은 더 편안한 수준으로 감소하여 하얀 데이지가 자라게 하고, 지구를 식히기 시작합니다.

지구와의 관련성

Daisyworld는 매우 단순하기 때문에 예를 들어 대기, 동물, 오직 한 종의 식물만 가지고 있고 가장 기본적인 개체수 증가와 죽음의 모델을 가지고 있기 때문에 지구와 직접적으로 비교되어서는 안 된다.이것은 원작자들에 의해 매우 명확하게 진술되었다.그럼에도 불구하고, 그것은 지구의 생물권이 인간의 간섭에 어떻게 반응할 수 있는지에 대한 많은 유용한 예측을 제공했다.이후 Daisyworld(아래에서 논의)의 각색에서도 많은 복잡성이 추가되어도 기존 모델과 동일한 기본 경향을 보였다.

시뮬레이션의 한 가지 예측은 생물권이 기후를 조절하여 광범위한 태양 광도에 걸쳐 거주할 수 있게 만든다는 것이다.이러한 규제 시스템의 많은 예들이 [citation needed]지구상에서 발견되었다.

원래 시뮬레이션에 대한 수정

데이지월드는 지구 표면이 살아있는 유기체와 유사한 항상성과 항상성을 보인다는 가이아 가설에 본질적으로 신비로운 무언가가 있다는 생각을 반박하기 위해 고안되었다.특히, 온도 조절이 다루어졌다.가이아 가설은 리처드 도킨스와 같은 과학자들로부터 상당한 비판을 받았는데, 그는 행성 수준의 온도 조절이 행성 자연 선택 없이는 불가능하며, 이것은 온도가 조절되지 않은 죽은 행성들의 증거를 포함할 수도 있다고 주장했다.[6]W. 포드[7] 둘리틀 박사는 행성 규제의 개념을 거부했는데, 그 이유는 행성 규제는 유기체들 사이의 "은밀한 합의"를 필요로 하는 것처럼 보였기 때문이다. 따라서 행성 규모의 어떤 설명할 수 없는 목적을 가지고 있다.덧붙여서, 이들 신다위니안들 중 어느 쪽도 행성 규제를 암시하는 러브록의 책에 제시된 광범위한 증거에 대해 면밀히 조사하지 않았고, 그들이 진화가 작용하는 과정에 대한 최근의 견해와 양립할 수 없다고 본 것에 근거한 이론을 일축했다.러브록의 모델은 이 모델에서 두 종에게 유익한 행성의 온도 조절이 [8]어떻게 자연적으로 일어나는지 보여주면서 행성 규제에 어떤 "은밀한 합의"가 필요할 것이라는 비판에 반박했다.

데이지월드 자체에 대한 이후의 비판은 데이지월드가 종종 지구의 유추로 사용되기는 하지만, 원래의 시뮬레이션은 진정한 지구 시스템에 대한 많은 중요한 세부 사항을 빠뜨리고 있다는 사실에 초점을 맞추고 있다.예를 들어 시스템은 항상성을 유지하기 위해 임시 사망률(θ)을 필요로 하며, 종 수준 현상과 개인 수준 현상의 차이를 고려하지 않는다.시뮬레이션의 반대자들은 이러한 세부사항을 포함하면 시뮬레이션이 불안정해지고 따라서 거짓이 될 것이라고 믿었다.이러한 문제들 중 많은 것들이 티모시 렌튼과 제임스 러브록의 2001년 논문에서 다루어졌는데, 이것은 이러한 요소들을 포함하면 실제로 데이지월드의 [3]기후 조절 능력이 향상된다는 것을 보여준다.

생태계의 다양성과 안정성

생태계에서 많은 종의 중요성은 가이아 이론에서 생태계의 안정에서 생물 다양성이 수행하는 역할에 대한 두 가지 관점을 이끌어냈다.호주의 생태학자 브라이언 워커가 제안한 "종족 중복성" 가설이라는 한 학파에 따르면, 대부분의 종은 성공적인 비행에 거의 역할을 하지 않는 항공기의 승객과 비교할 수 있을 정도로 안정성에 전반적으로 거의 기여하지 않는 것으로 보인다.이 가설은 건강한 생태계를 위해 필요한 핵심 종은 극소수에 불과하다는 결론으로 이어진다.폴 R.의 "리벳 포퍼" 가설. Ehrlich와 그의 아내 Anne H. Ehrlich는 생태계의 일부를 형성하는 각 종을 항공기의 리벳(생태계로 표현됨)과 비교합니다.종의 점진적인 손실은 비행기에서 리벳의 점진적인 손실을 반영하며, 더 이상 지속 가능하지 않고 [9]추락할 때까지 리벳을 약화시킵니다.

토끼, 여우 및 다른 종들을 포함한 데이지월드 시뮬레이션의 이후 확장은 종의 수가 많을수록 지구 전체에 미치는 영향이 크다는 놀라운 발견으로 이어졌다(즉, 온도 조절이 개선되었다).또한 시스템이 교란되어도 견고하고 안정적인 것으로 나타났다.환경 변화가 안정적인 데이지월드 시뮬레이션은 시간이 지남에 따라 점차 다양성이 떨어졌습니다. 반면, 완만한 동요는 종의 풍요로움 폭발로 이어졌습니다.이러한 발견들은 생물다양성이 [10]가치가 있다는 생각에 힘을 실어주었다.

이 연구 결과는 1994년 데이비드 틸먼과 존 A가 미네소타의 연속 및 토착 초원의 종 구성, 역학 및 다양성 요인에 대한 연구에 의해 뒷받침되었다. 다우닝은 "더 다양한 식물 군집의 일차 생산성은 큰 가뭄에 더 강하고 더 완전히 회복된다"는 결론을 내렸다.그들은 계속해서 "우리의 결과는 다양성 안정성 가설을 뒷받침하지만 대부분의 종이 기능적으로 [9][11]중복된다는 대체 가설을 뒷받침하지 않는다"고 덧붙였다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Watson, A.J.; J.E. Lovelock (1983). "Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld". Tellus B. 35 (4): 286–9. Bibcode:1983TellB..35..284W. doi:10.1111/j.1600-0889.1983.tb00031.x.
  2. ^ Watson, A.J.; Lovelock, J.E (1983). "Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld". Tellus. 35B (4): 286–9. Bibcode:1983TellB..35..284W. doi:10.1111/j.1600-0889.1983.tb00031.x.
  3. ^ a b T. M. Lenton; J. E. Lovelock (2001). "Daisyworld revisited: quantifying biological effects on planetary self-regulation". Tellus Series B. 53 (3): 288–305. Bibcode:2001TellB..53..288L. doi:10.1034/j.1600-0889.2001.01191.x.
  4. ^ von Bloh, W.; Block, A.; Parade, M.; Schellnhuber, H. J. (1999-04-15). "Tutorial Modelling of geosphere–biosphere interactions: the effect of percolation-type habitat fragmentation". Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications. 266 (1): 186–196. Bibcode:1999PhyA..266..186V. doi:10.1016/S0378-4371(98)00590-1. ISSN 0378-4371.
  5. ^ "biosphere National Geographic Society". education.nationalgeographic.org. Retrieved 2022-06-17.
  6. ^ Dawkins, R (1982). The extended phenotype: the long reach of the gene. Oxford University Press. ISBN 0-19-286088-7.
  7. ^ W. F. Doolittle (Spring 1981). "Is nature really motherly?". The Coevolution Quarterly: 58–63.
  8. ^ D. Sagan; J. Whiteside (2004). "Gradient-reduction theory: thermodynamics and the purpose of life". In Stephen H. Schneider; James R. Miller; Eileen Crist; Penelope J. Boston (eds.). Scientists Debate Gaia: The Next Century. MIT Press. pp. 173–186. doi:10.7551/mitpress/9780262194983.003.0017.
  9. ^ a b Richard E. Leakey; Roger Lewin (1996) [1995]. The Sixth Extinction: Patterns of Life and the Future of Humankind. Random House–Anchor. pp. 137–142. ISBN 978-0-385-46809-1.
  10. ^ James Lovelock (2000) [1988]. The Ages of Gaia: A Biography of Our Living Earth (2nd, rev. ed.). Oxford University Press. pp. 213–216. ISBN 978-0-19-286217-4.
  11. ^ David Tilman; John A. Downing (1994). "Biodiversity and stability in grasslands" (PDF). Nature. 367 (6461): 363–365. Bibcode:1994Natur.367..363T. doi:10.1038/367363a0. S2CID 4324145. Archived from the original (PDF) on 27 September 2011.

추가 정보

외부 링크