Dans un environnement fortement pollué, est-il plus logique pour une entreprise de continuer à polluer ou de commencer à nettoyer son acte ? Si elle choisit d'employer des technologies plus propres et que l'environnement devient plus sain, le même calcul s'applique-t-il?

Ces rétroactions entre stratégie de décision et environnement se retrouvent dans des domaines aussi divers que la pêche, économie, et les interactions sociales humaines. Les théoriciens des jeux ont exploré ces soi-disant rétroactions en utilisant des modèles individuels à appliquer à des scénarios particuliers. Mais dans une nouvelle publication en Communication Nature , des chercheurs de la Penn's School of Arts and Sciences présentent un modèle unificateur qui explique ces diverses interactions et souligne la similitude de leurs caractéristiques.

"Ce que nous faisons dans notre article est d'essayer d'intégrer explicitement la manière dont la dynamique évolutive du jeu peut être affectée par l'environnement et peut changer l'environnement, " dit Andrew Tilman, premier auteur de l'article et chercheur postdoctoral au Département de biologie. "Donc, vous obtenez ce retour entre les stratégies utilisées dans le jeu et le changement environnemental."

Tilman a co-écrit le travail avec les conseillers Erol Akçay et Joshua Plotkin, membres du corps professoral dont le travail se spécialise dans les approches théoriques et informatiques des questions biologiques.

Les résultats mettent en lumière les forces très unies qui relient les changements d'action stratégique au changement environnemental, et vice versa.

"Prendre des stocks de poissons qui montent ou descendent selon les stratégies de pêche d'une population, ou des teneurs en éléments nutritifs du sol qui montent ou descendent selon qu'il y a des fixateurs d'azote ou des plantes non fixatrices, " dit Akçay. " La quantité de poisson ou d'azote qu'il y a déterminera alors les gains des différentes stratégies et favorisera l'une ou l'autre stratégie. Cette situation se retrouve partout et alors qu'il y avait des modèles disparates ici et là, ce qu'Andrew a vraiment fait, c'est de tout lier en un. Il a montré que vous pouvez mapper ces modèles sur un modèle commun, puis analyser ce modèle et faire des prédictions pour de nombreux systèmes différents."

« Comprendre comment l'équilibre des types stratégiques dans une population impacte l'environnement, et comment l'environnement réagit ensuite pour modifier les interactions stratégiques, est un nouveau défi pour les écologistes et les scientifiques du comportement, " dit Plotkin. " C'est un problème théorique amusant, mais il a également une foule d'implications dans les paramètres appliqués, où nous reconnaissons de plus en plus l'intercalation étroite des comportements humains et l'évolution de l'environnement."

Le projet est né des travaux de doctorat de Tilman, qui a examiné les incitations économiques auxquelles les gens sont confrontés lorsqu'ils ont affaire à une ressource commune, par exemple une pêcherie ou un environnement sain.

"Je le faisais de manière ad hoc, mettre en place un modèle de dynamique environnementale avec un modèle de théorie des jeux évolutif pour chacun, " dit-il. " J'ai été inspiré pour travailler sur un moyen d'unir de nombreux problèmes différents qui réfléchissent tous à ces interactions stratégiques liées à un environnement en évolution. "

Les chercheurs ont découvert qu'un modèle linéaire relativement simple pouvait cartographier la dynamique d'une variété de ces types de rétroactions stratégie-environnement.

"Nous avons également créé des modèles non linéaires, et certaines nuances peuvent apparaître, mais les modèles linéaires vous donnent une intuition pour savoir pourquoi ces nouvelles choses peuvent arriver, " dit Akçay. " Ils sont étonnamment puissants. "

Leur analyse a fonctionné pour des systèmes comme un exemple de pollution, où l'impact environnemental - plus de pollution - s'estompe avec le temps. Mais le modèle s'adapte également à des scénarios où le produit environnemental s'est régénéré, comme dans un exemple de pêche.

Le modèle leur a permis de prédire comment les stratégies allaient changer, s'ils feraient un cycle ou atteindraient un équilibre, sur la base des incitations auxquelles sont confrontés les acteurs lorsque les conditions environnementales et les stratégies d'une population sont extrêmes. Revenant au modèle de la pollution :« Vous pourriez imaginer qu'une stratégie serait d'émettre des niveaux élevés de pollution, et une autre serait d'émettre de faibles niveaux de pollution, et selon la combinaison de stratégies utilisées, cela aura un impact sur le niveau de pollution qui est présent, " dit Tilman. " Nous pouvons comprendre ce qui se passera dans le jeu en fonction de la force des incitations à passer à une stratégie de pollution élevée lorsque l'environnement est dans un état de faible pollution ainsi que les incitations à passer à une stratégie polluante lorsque l'environnement est dans un état peu polluant."

L'approche éclaire des problématiques contemporaines, comme la régulation des émissions mondiales face au changement climatique.

"On voit que si tout est propre, vous voulez tuer toute incitation à être un pollueur. Sinon le cycle pourrait basculer vers des stratégies polluantes, " dit Akçay.

Regarder vers l'avant, les chercheurs espèrent intégrer la prévision dans leur modèle. En d'autres termes, si un acteur peut prédire comment l'environnement va changer, modifieront-ils leurs stratégies plus tôt ou plus tard qu'ils ne le feraient autrement ?

"Ces modèles évolutifs et théoriques des jeux ont tendance à considérer les acteurs comme myopes, basculer leurs stratégies en fonction de leurs incitations instantanées, " dit Tilman. " Mais pour imiter de manière plus réaliste les processus de prise de décision dans lesquels les gens s'engagent, nous voulons commencer à réfléchir à l'intégration des prévisions dans le cadre de modélisation. »