Multiscale Modeling of Division of Labor in Social Insects

社会性昆虫分工的多尺度建模

基本信息

  • 批准号:
    1313312
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-15 至 2018-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Social insects, including ants and termites, as well as many bees and wasps, are among the most diverse and ecologically significant organisms on earth. These species live in complex societies whose governance comes not from a central authority but from the interactions of their individuals with each other and with the environment. From this decentralized system, there emerge consistent patterns of task allocation, division of labor, and resource exploitation. The multiscale study of the emergence of these patterns presents both challenges and opportunities for research and education. The goal of this interdisciplinary research is to develop a general integrated multi-scale dynamical network modeling framework of division of labor in social insects. Rigorous mathematics will be integrated with extensive field and laboratory data to study the complex adaptive system of social insect societies. The research team is exploring: 1. How the underlying topology of the interaction network of a colony evolves and adapts at different scales of the organization; 2. How to characterize the crucial feedback mechanisms linking both structure and dynamics of the division of labor in a dynamical environment and 3. How the decentralized social insect system based on many independent and simple individual interactions leads to highly complex dynamics with great network properties such as scalability, robustness/flexibility and simplicity. The investigators use nonlinear differential equations, spatial stochastic processes and kinetic equations to model at the colony level, the individual level, multilevel and at a spatial and task continuum level, respectively. This research project lives at the intersection of social science, life sciences and applied mathematics. This modeling framework of social insects provides not only a powerful system for examining how network dynamics contribute to the evolution of complex biological systems but also a great opportunity to explore how behavior evolves within complex systems in general. The methods developed may apply in many domains outside of biology, including network routing, optimization theory and robotics. A template integrating interdisciplinary learning for social sciences students, life sciences students and applied mathematics students will be developed through shared research projects at the undergraduate and/or graduate level.
包括蚂蚁和白蚁在内的社会昆虫以及许多蜜蜂和黄蜂都是地球上最多样化和生态意义的生物之一。 这些物种生活在复杂的社会中,这些社会的治理不是来自中央权威,而是来自彼此和环境的互动。 从这个分散的系统中,出现了一致的任务分配,劳动分工和资源开发的模式。 对这些模式的出现的多尺度研究提出了研究和教育的挑战和机会。 这项跨学科研究的目的是开发社会昆虫劳动分工的一般综合动态网络建模框架。 严格的数学将与广泛的领域和实验室数据集成,以研究社会昆虫社会的复杂自适应系统。 研究团队正在探索:1。殖民地相互作用网络的基本拓扑如何在组织的不同规模上演变和适应; 2。如何表征在动态环境中连接劳动分裂的结构和动态的关键反馈机制和3。分散的社交昆虫系统如何基于许多独立和简单的个人相互作用,导致具有高度复杂的动态,具有良好的网络性能,例如可扩展性,鲁棒性/灵活性和简单性。 研究人员使用非线性微分方程,空间随机过程和动力学方程在菌落级别,个体级别,多级和空间和任务连续性水平上分别建模。 该研究项目生活在社会科学,生命科学和应用数学的交汇处。 这种社交昆虫的建模框架不仅提供了一个有力的系统,用于研究网络动态如何有助于复杂的生物系统的发展,而且还为探索行为如何在复杂系统中演变而来的绝佳机会。 开发的方法可能适用于生物学以外的许多领域,包括网络路由,优化理论和机器人技术。 将通过本科和/或研究生层面的共享研究项目来开发一个为社会科学学生,生命科学学生和应用数学学生整合跨学科学习的模板。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Cancer as Multifaceted Disease
癌症是多方面的疾病
Effects of vitellogenin in age polyethism and population dynamics of honeybees
卵黄蛋白原对蜜蜂年龄多群体和种群动态的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ecolmodel.2018.09.011
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Rodriguez Messan, Marisabel;Page, Robert E.;Kang, Yun
  • 通讯作者:
    Kang, Yun
Migration Effects on Population Dynamics of the Honeybee-mite Interactions
迁移对蜂螨相互作用种群动态的影响
  • DOI:
    10.1051/mmnp/201712206
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Messan, K.;DeGrandi-Hoffman, G.;Castillo-Chavez, C.;Kang, Y.;Banerjee, M.;Perasso, A.;Venturino, E.
  • 通讯作者:
    Venturino, E.
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Byoung Ryong Jeong
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Yun Kang
  • 通讯作者:
    Yun Kang
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Michael H. Norris;K. Propst;Yun Kang;S. Dow;H. Schweizer;T. Hoang
  • 通讯作者:
    T. Hoang
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  • 资助金额:
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