On the influence of resources use and destruction on the evolution of cooperation

Abstract

La explosiva introducción de la teoría de redes y los métodos estocásticos en el estudio de poblaciones finitas ha llevado a un nuevo nivel en el uso de la teoría de juegos evolutiva. La complejidad de los sistemas representados ha crecido de manera exponencial, y ha atraído el interés de científicos de diferentes especialidades, incluyendo la biología, la física, la economía, la sociología o la lingüística; y en el centro de una gran cantidad de estudios todavía se encuentra el problema de la emergencia y evolución de la cooperación, no sólo en contextos biológicos, sino en el humano, donde la complejidad de las relaciones interpersonales y redes de contactos va en aumento en una sociedad modelada por la aparición de nuevas tecnologías de la información y la comunicación. Sin embargo, el desarrollo de un nuevo marco teórico, la teoría de juegos evolutiva, gracias al cual somos capaces de representar algunas de las complejidades de la sociedad y la naturaleza, no ha acarreado un estudio profundo de uno de los factores más importantes en la evolución: la existencia de una cantidad finita de recursos en ecosistemas, así como en la Tierra. Este factor, junto con la cooperación entre individuos, es de fundamental importancia para la formación de sociedades y de vida multicelular, junto a otras estructuras de orden superior. En este trabajo, mi intención es realizar una primera aproximación a la introducción de restricciones en la cantidad de recursos disponibles en modelos de teoría de juegos evolutiva, estudiando la interrelación entre la emergencia y estabilidad de comportamientos cooperativos y la finitud de recursos. Además, en este estudio proporciono una definición de comportamiento cooperativo, la cual pone de relieve que los comportamientos pacifistas y pacíficos, así como los que evitan activamente los conflictos, son comportamientos cooperativos, incluso si no proporcionan beneficios directos apreciables. Para terminar, también estudio el efecto de los comportamientos destructivos en la evolución de la cooperación, encontrando el primer ejemplo –hasta donde llega mi conocimiento– de comportamiento simple que permite la emergencia de ciclos evolutivos robustos.

The explosive introduction of network theory and stochastic methods for the study of finite populations has recently led to a new step in the use of evolutionary game theoretical methods. The complexity of the represented systems has grown exponentially, and has attracted the interest of scientists from many different branches, as biology, physics, economy, sociology or linguistics. And on the core of most studies still lies the same original problem, that of the emergence and evolution of cooperation, not only in biological contexts, but also in a human one, where the complexity of the relationships and contact networks is increasing in a society shaped by the appearance of new information and communication technologies. However, the development of a new theoretical framework, evolutionary game theory, which is able to represent some of the intricacies of our society and nature, did not carry attached a deep analyses of one of the most important factors in evolution: the finiteness of resources in ecosystems as in the Earth. This factor, together with cooperation, is of fundamental importance in the formation of societies and multicellular life (among other higher-order structures). In this work, I aim to make a first approach to the introduction of such resource constraints into evolutionary game theoretical models by studying the interplay between the emergence and stability of cooperative behaviours and finiteness of resources. In addition, I provide in this study a definition of cooperative behaviours, and remark that pacifist, pacific, and conflict avoiding behaviours, are cooperative behaviours, even if they lead to no appreciable direct benefit. To finish, I also study the effect of destructive behaviours on the evolution of cooperation, finding the first example --to my knowledge-- of a simple behaviour that allows for robust evolutionary cycles.