Liczebności ofiar i drapieżników oscylują — gdy przybywa ofiar, rośnie liczba drapieżników, które je przetrzebiają, przez co same potem giną z głodu, a ofiary znów się odradzają. Szczyt drapieżników przypada z opóźnieniem, po szczycie ofiar. W portrecie fazowym układ krąży po zamkniętej pętli. Zmień tempo rozrodu ofiar, skuteczność drapieżnictwa i śmiertelność drapieżników.
Co się właśnie stało?
Obie populacje falują w kółko, ale nie równocześnie: najpierw rośnie liczba ofiar, a dopiero potem — gdy jest ich pod dostatkiem — mnożą się drapieżniki. Drapieżniki przejadają ofiary, ich liczba spada, drapieżnikom brakuje jedzenia i one też spadają, ofiary znów rosną… i cykl wraca do punktu wyjścia.
Model Lotki–Volterry:
— liczebność ofiar, — drapieżników. to tempo rozrodu ofiar, skuteczność polowań, śmiertelność drapieżników, a mówi, ile nowych drapieżników daje jedna zjedzona ofiara.
Sprzężenie zwrotne między populacjami:
To układ z ujemnym sprzężeniem zwrotnym: wzrost ofiar napędza wzrost drapieżników (), a wzrost drapieżników dławi ofiary (). Każda populacja reguluje drugą, dlatego nie ma stabilnej wartości — jest wieczne kołysanie wokół równowagi .
Przesunięcie fazowe (phase lag):
Drapieżnik reaguje na ofiary z opóźnieniem — potrzebuje czasu, żeby się rozmnożyć. Dlatego jego szczyt zawsze wypada za szczytem ofiar (o ok. ćwierć okresu). To właśnie przesunięcie fazowe, zaznaczone na wykresie strzałką między pionowymi liniami.
Co to portret fazowy?
Zamiast rysować i w funkcji czasu, rysujemy je względem siebie — na osi poziomej, na pionowej. Punkt (stan układu) krąży po zamkniętej pętli: po jednym okresie wraca dokładnie tam, gdzie zaczął. Zamknięta krzywa = ruch okresowy, cykliczny. To niezmiennik tego modelu.
Po co Ci to na maturze:
Wykres dwóch oscylujących populacji z drapieżnikiem „o krok w tyle" to klasyka zadań z ekologii. Umieć odczytać, kto jest ofiarą (szczyt wcześniej), a kto drapieżnikiem (szczyt później), i wyjaśnić to sprzężeniem zwrotnym — to gotowe punkty.
Zapamiętaj: ofiary rosną pierwsze, drapieżniki idą za nimi z opóźnieniem, a cały układ krąży po zamkniętej pętli — populacje regulują się wzajemnie i nigdy nie stoją w miejscu.
Bo działają na siebie ze sprzężeniem zwrotnym z opóźnieniem: wzrost ofiar napędza wzrost drapieżników, a te redukują ofiary — i cykl się powtarza.
Wykres liczebności drapieżników względem liczebności ofiar. Dla modelu Lotki–Volterry jest zamkniętą pętlą — układ wraca do punktu wyjścia.
Drapieżniki tracą pokarm i ich liczebność spada; przy odbudowie populacji ofiar cykl rusza od nowa.