MINI-MODELOS DE ECOSSISTEMAS 
SIMULAÇÕES EM COMPUTADOR

Parte 1. Modelos básicos (terceiro conjunto)

Nesta página apresentamos alguns modelos básicos de interação entre populações:
(a) Competição de duas populações (sem interação negativa) no uso de uma fonte ilimitada.
(b) Competição de duas populações (sem interação negativa) no uso de uma fonte renovável 
(c) Competição de duas populações (com interação negativa) no uso de uma fonte ilimitada 
(d) Colaboração de  duas populações no uso de uma fonte renovável 

Principais tipos de Fontes e formas de Captura e Consumo de Energia
 
11. Competição de duas populações (sem interações negativas) no uso de uma fonte ilimitada.
Programa compete
compete
Existe uma tendência das populações (no caso: Q,Q2) que dispõem de recursos abundantes (fonte ilimitada) de crescer exponencialmente. Ao aumentar os estoques internos (Q,Q2) aumenta a retro-alimentação. A formação deste  laço auto-catalítico permite um maior aproveitamento da fonte externa. 

Neste modelo, a pesar de existir uma fonte inesgotável ocorre a dominação de uma população sobre outra, sendo que a vantagem se estabelece para o sub-sistema que desenvolve a maior retro-alimentação. Como exemplos temos: o crescimento rápido de micro-organismos em alimentos ricos em nutrientes e o surgimento de novas indústrias após a ocupação de fronteiras agrícolas com terras de boa qualidade.
Inicio do programa
Definir o tipo o os nomes das variáveis:.
Atribuir valores iniciais as variáveis: 
Criar um laço de programação que faça o seguinte:
    Imprimir ou plotar os valores dos estoques e o tempo respectivo 
    Calcular o incremento dos estoques no intervalo DT:
    D1 = K1 * R * Q   - K3 * Q
    D2 = K2 * R * Q2 - K4 * Q2
    Calcular os novos valores dos estoques, somando ao valor anterior o incremento:
    Q = Q + D1
    Q2 = Q2 + D2
    Incrementar o valor do tempo considerando DT=1:
    T = T + 1
    Testar o valor de T para saber se estamos no do intervalo de tempo permitido
    T<TMAX? 
    Em caso positivo fique dentro do laço senão saia dele
Fim do programa.
Veja a planilha: compete1.xls

Exemplo de programação em Basic: compete.bas

10 REM COMPETE Two Populations, unlimited source
15 SCREEN 12, 0:
16 LINE (0, 0)-(319, 180), 8, BF
17 LINE (0, 0)-(319, 180), 14, B
20 I = 8
25 Q = 3
26 Q2 = 3
40 K1 = .07
45 K2 = .08
46 K3 = .05
47 K4 = .05
48 K5 = .018
50 R = 1
100 PSET (T, 180 - Q), 10
120 PSET (T, 180 - Q2), 14
150 D1 = K1 * R * Q - K3 * Q
160 D2 = K2 * R * Q2 - K4 * Q2
162 Q = Q + D1
163 IF Q > 180 THEN Q = 180
165 Q2 = Q2 + D2
167 IF Q2 > 180 THEN Q2 = 180
170 T = T + 1
180  IF T < 319 GOTO 100
190 BEEP: SLEEP
200 END

 
12. Competição de duas populações (sem interação negativa) no uso de uma fonte renovável 
Programa exclus
exponencial
Se duas espécies  usam a mesma fonte de energia de fluxo limitado aparece a perspectiva de uma população possa privar a outra do seu fornecimento de energia. Pode ocorrer que a população que cresce mais rápido leve a outra a extinção, sem necessidade de ataque físico a outra população, por isso este modelo é chamado competição com exclusão. Exemplos: duas empresas que pescam no mar aberto, duas empresas madeireiras que fazem extração indiscriminada na mesma floresta..
Equações do modelo:
R = I / (1 + K1 * Q1 + K2 * Q2): REM fluxo limitado de recursos
D1 = K5 * R * Q1 - K3 * Q1: REM acumulo na primeira população
D2 = K6 * R * Q2 - K4 * Q2: REM acumulo na segunda população
Q1 = Q1 + D1 * DT: REM novo valor da primeira população
Q2 = Q2 + D2 * DT: REM novo valor da segunda população
T = T + DT: REM incremento de tempo
Fora isso, as demais partes deste modelo são semelhantes as dos exemplos anteriores.
Veja a planilha: exclus1.xls

Exemplo de programação em Basic: exclus.bas

10 REM PC EXCLUS.bas (Competitive exclusion)
15 CLS
20 SCREEN 1, 0
25 COLOR 0, 0
30 LINE (0, 0)-(319, 100), , B
40 LINE (50, 110)-(270, 190), 3, B
50 I = 5
60 DT = .1
70 T0 = 1
80 Q0 = 1
90 G1 = 2
95 G2 = 5
120 Q1 = 8
130 Q2 = 8
140 K1 = .08
150 K2 = .04
160 K3 = .05
170 K4 = .05
180 K5 = 9.000001E-02
190 K6 = .05
195 K7 = .003
197 K8 = .003
200 PSET (G1 * Q1 + 50, 190 - G2 * Q2), 1
205 PSET (T * T0, 100 - Q1 * Q0), 1
210 IF Q1 > 180 THEN Q1 = 180
220 PSET (T * T0, 100 - Q2 * Q0), 2
230 R = I / (1 + K1 * Q1 + K2 * Q2)
240 IF R < 0 THEN R = 0
250 D1 = K5 * R * Q1 - K3 * Q1
260 D2 = K6 * R * Q2 - K4 * Q2
270 Q1 = Q1 + D1 * DT
280 Q2 = Q2 + D2 * DT
290 T = T + DT
300 IF T * T0 < 230 GOTO 200

 
13. Competição de duas populações (com interação negativa) no uso de uma fonte ilimitada 
Programa interact
recyclmt
Neste caso de competição no uso de recurso ilimitado são colocadas duas novas circunstâncias: 
(a) a possibilidade de uma interação negativa entre as duas populações (guerra comercial o física entre populações), observe o laço externo que destrói os recursos do outro sub-sistema.
(b) a possibilidade de um laço interno negativo dentro de cada população devido aos problemas do super-crescimento (modelo logístico).
Exemplos: na natureza existem espécies que afetam outras espécies com produtos químicos ou com suas fezes ou com ações destrutivas que diminuem a capacidade reprodutiva das outras. No campo humano temos  a luta de israelitas e palestinos pelas mesmas áreas agrícolas e os mesmos recursos hídricos, a luta entre facções capitalistas, entre elas, e delas contra outros modelos sociais.
Equações:
 DQ1 = K1 * E * Q1 - K3 * Q1 * Q1 - K5 * Q1 * Q2
 DQ2 = K2 * E * Q2 - K4 * Q2 * Q2 - K6 * Q1 * Q2
 Q1 = Q1 + DQ1 * DT
 Q2 = Q2 + DQ2 * DT
Veja a planilha: interact1.xls

Exemplo de programação em Basic: interact.bas

3 REM PC: INTERACT (2 populations in interative competition)
4 SCREEN 1, 0: COLOR 0, 1
6 LINE (0, 0)-(319, 180), 3, B
10 E = 1
20 Q1 = 3
30 Q2 = 3
40 K1 = .07
50 K2 = .08
60 K3 = .002
70 K4 = .001
80 K5 = .002
83 K6 = .001
85 Q10 = 1
88 Q20 = 1
90 T0 = 1
95 DT = 1
100 PSET (T * T0, 180 - Q1 * Q10), 1
120 PSET (T * T0, 180 - Q2 * Q20), 2
150 DQ1 = K1 * E * Q1 - K3 * Q1 * Q1 - K5 * Q1 * Q2
160 DQ2 = K2 * E * Q2 - K4 * Q2 * Q2 - K6 * Q1 * Q2
162 Q1 = Q1 + DQ1 * DT
165 Q2 = Q2 + DQ2 * DT
170 T = T + DT
180  IF T * T0 < 319 GOTO 100

 
14. Colaboração de  duas populações no uso de uma fonte renovável
Programa coop
renew2.gif
Também existem na natureza muitos sistemas onde se estabelecem interações positivas entre as populações, chama-se a isso Simbiose. Parte dos bens de uma população são usados para apoiar o crescimento da outra. Desta forma ambas crescem e prosperam e uma depende da outra. Temos assim a possibilidade de uma coexistência pacífica, todos crescem menos mais todos sobrevivem.

Equações:
Fluxo de recursos limitados usados por ambas populações:
R = I / (1 + K1 * Q * Q2 + K2 * Q * Q2)
O acumulo de Q depende de Q2 e viceversa. 
DQ  =  K5 * R * Q * Q2 -  K7 * Q * Q2 -   K3 * Q
DQ2 = K6 * R * Q * Q2 -  K8 * Q * Q2 -   K4 * Q2
Q = Q + DQ * DT
Q2 = Q2 + DQ2 * DT
Exemplos:
(a) A polinização de flores por insetos, a semeadura de sementes por esquilos e pássaros, etc.; estes  animais vão ser recompensados pela ação, eles próprios ou seus descendentes. 
(b) Quando o comércio é justo ambos países podem ser beneficiados pois dessa maneira obtém recursos limitantes para seu desenvolvimento.
Veja a planilha: co-op1.xls

Exemplo de programação em Basic: coop.bas

2 REM PC: CO-OP (Cooperative coexistence)
5 SCREEN 1, 0: COLOR 7, 0
6 LINE (0, 0)-(319, 180), 3, B
10 I = 10
20 Q = 8
30 Q2 = 8
40 K1 = .08
50 K2 = .04
60 K3 = .05
70 K4 = .05
80 K5 = .09
90 K6 = .05
91 K7 = .002
92 K8 = .002
93 Q0 = 1
94 Q20 = 1
95 T0 = 1
96 DT = 1
100 REM Equations
105 PSET (T * T0, 180 - Q * Q0), 1
120 PSET (T * T0, 180 - Q2 * Q20), 2
130 R = I / (1 + K1 * Q * Q2 + K2 * Q * Q2)
140 IF R < 0 THEN R = 0
150 DQ = K5 * R * Q * Q2 - K7 * Q * Q2 - K3 * Q
160 DQ2 = K6 * R * Q * Q2 - K8 * Q * Q2 - K4 * Q2
162 Q = Q + DQ * DT
165 Q2 = Q2 + DQ2 * DT
170 T = T + DT
180 IF T * T0 < 319 GOTO 100


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