Computational models for the study of sexual selection dynamics

Abstract

Evolutionary dynamics have received extensive speculative treatment, notably by Lamarck and Darwin in the eighteenth and nineteenth century and more recently by Dawkins. Although their developments work primarily in the argumentative realm, sometimes overlooking mathematical formalities, their outcome was nothing short of extraordinary, being capable of tackling millenarian notions about the origin and the meaning of life. The science of evolution, however, has been approached from a myriad of researchers, some of them willing to provide consistent mathematical models fitting our intuitive grasps of biological diversity and natural selection. Two notable examples are Fisher and Hamilton, who, through rigorous mathematical treatment, were able to solve evolutionary problems who puzzled Darwin himself - notably kin selection and the Fisherian runaway. This evidence is suggestive of the fact that wit and reasoning alone are not enough to provide us a clear understanding of evolution: formalisms play a comparable role. Concerning evolution, our belief is that a next step can be taken, beyond mathematical treatment: we believe that computational simulations have the power to grant us a grasp on evolutionary dynamics that enables them to act as a substitute to field research. Because of that, in this work we developed computational models to experiment with hypothesis in evolutionary biology and analysed their results. In particular, we found an equilibrium between kin selection and asexuality, the emergence of fractal behaviour from the reversal of kin selection dynamics, the display of Fisherian runaways in experiments with sexual selection and even the potential for boosting the performance of genetic algorithms for optimization problems through the addition of a new, sexual selection phase.

Dinâmicas evolucionárias receberam extensivo tratamento especulativo, notavelmente por Lamarck e Darwin nos séculos dezoito e dezenove e mais recentemente por Dawkins. Ainda que suas explorações trabalhem essencialmente na esfera argumentativa, algumas vezes dando pouca importância para formalidades matemáticas, os seus resultados não foram nada menos do que extraordinários, sendo capazes de tombar noções milenares sobre a origem e sobre o sentido da vida. A ciência da evolução, entretanto, tem sido abordada por uma miríade de pesquisadores, alguns deles dispostos a providenciar modelos matemáticos consistentes e representativos da nossa noção intuitiva de diversidade biológica e seleção natural. Dois exemplos notáveis são Fisher e Hamilton, os quais, através de rigoroso tratamento matemático, foram capazes de resolver problemas evolucionários que intrigaram mesmo Darwin - notavelmente kin selection e a Fisherian runaway. Essa evidência é sugestiva do fato de que intelecto e raciocínio, apenas, não são suficientes para nos prover um entendimento transparente de evolução: formalismos desempenham um papel semelhante. No que diz respeito à evolução, nossa crença é de que um próximo passo pode ser tomado, além do tratamento matemático: acreditamos que simulações de computador têm o poder de nos conceder um vislumbre de dinâmicas evolucionárias que os capacita para agir como substitutos para a pesquisa de campo. Em função disso, nesse trabalho nós desenvolvemos modelos computacionais para experimentar hipóteses de biologia evolucionária e analisar os seus resultados. Em particular, descobrimos um equilíbrio entre kin selection e assexualidade, a emergência de comportamento fractal a partir da reversão de dinâmicas de kin selection, a revelação de Fisherian runaways em experimentos com seleção sexual e até mesmo o potencial para melhorar o desempenho de algoritmos genéticos para problemas de otimização a partir da adição de uma nova fase de seleção sexual.