🎯 Cosa Rappresentano i Pallini?
Ogni cerchio colorato rappresenta un singolo
organismo (una preda) che vive nell'ambiente. Gli organismi non sono visibili
direttamente, ma la loro popolazione è soggetta a predazione da parte di predatori
invisibili.
Organismo mimetizzato
Colore simile allo sfondo →
alta sopravvivenza
Organismo visibile
Colore contrastante → bassa
sopravvivenza
🦅 Chi Sono i Predatori?
I predatori sono invisibili nella simulazione, ma la loro azione è rappresentata dal
meccanismo di selezione naturale. I predatori cacciano visivamente:
gli organismi più visibili (con colori che contrastano con lo sfondo) vengono predati più
facilmente.
💀 Quando Muoiono gli Organismi?
Gli organismi muoiono in due modi:
- Predazione: Alla fine di ogni generazione (~10 secondi), i predatori cacciano.
La probabilità di morte dipende dalla visibilità.
- Esaurimento energia: Muoversi consuma energia. Se l'energia raggiunge zero,
l'organismo muore.
💑 Quando Si Accoppiano?
La riproduzione avviene alla fine di ogni generazione, dopo la fase di selezione.
Solo i sopravvissuti si riproducono (riproduzione asessuata per
semplicità). Ogni sopravvissuto può generare uno o più figli, fino a raggiungere la capacità
portante dell'ambiente.
📐 Le Equazioni della Selezione
1. Calcolo della Visibilità (Distanza Colore)
Visibilità = √[(R_org - R_sfondo)² + (G_org - G_sfondo)² + (B_org - B_sfondo)²]
Dove:
- R, G, B = componenti colore (0-255)
- Range: 0 (identico allo sfondo) a 441 (massimo contrasto)
Origine dell'equazione: La distanza euclidea nello spazio colore RGB è una metrica
standard per quantificare la differenza tra colori. Sebbene non sia percettivamente uniforme
(l'occhio umano è più sensibile ad alcune differenze cromatiche), è computazionalmente efficiente e
adeguata per simulazioni evolutive. Metriche più avanzate come CIEDE2000 o distanza euclidea nello
spazio LAB sono più accurate ma richiedono conversioni complesse.
2. Calcolo della Fitness (Capacità di Sopravvivenza)
Fitness = 1 - (Visibilità / 441)
Range: 0 (massima visibilità, fitness minima) a 1 (invisibile, fitness massima)
Origine dell'equazione: La fitness è definita come la probabilità relativa di
sopravvivenza di un organismo. Normalizzando la visibilità (0-1) e invertendola, otteniamo
una misura diretta: organismi perfettamente mimetizzati (visibilità = 0) hanno fitness = 1, mentre
organismi completamente contrastanti hanno fitness ≈ 0. Questo modello è coerente con la teoria
della selezione stabilizzante su tratti fenotipici continui.
3. Probabilità di Sopravvivenza alla Predazione
P(sopravvivenza) = Fitness^(1 + PressioneSelettiva × 3)
Dove:
- PressioneSelettiva = 0 a 1 (controllata dal cursore)
- Con pressione alta: solo fitness ~1 sopravvive
- Con pressione bassa: anche fitness bassa può sopravvivere
Origine dell'equazione: Questa è una
funzione di selezione esponenziale,
comunemente usata negli algoritmi evolutivi. L'esponente (1 + PressioneSelettiva × 3) modula
l'intensità della selezione:
- Esponente = 1 (pressione 0%): selezione lineare debole
- Esponente = 4 (pressione 100%): selezione esponenziale forte
Modelli simili si trovano nella teoria della selezione dipendente dalla frequenza e negli studi su
coevoluzione predatore-preda con selezione per il camouflage.
4. Consumo di Energia
ΔEnergia = -(Velocità × 0.01 + Taglia × 0.001) per frame
Gli organismi più veloci e grandi consumano più energia
Origine dell'equazione: Il consumo energetico proporzionale a velocità e taglia
riflette principi di metabolismo basale e costo del movimento. Organismi più grandi hanno maggiori
richieste metaboliche (legge di Kleiber, ~massa^0.75), mentre velocità maggiori richiedono più
lavoro meccanico. I coefficienti (0.01, 0.001) sono calibrati per bilanciare la durata della
simulazione.
📚 Basi Teoriche del Modello
1. Teoria Darwiniana della Selezione Naturale
Il modello implementa i tre principi fondamentali:
- Variazione: Gli organismi differiscono nei tratti ereditabili (colore,
velocità, taglia)
- Eredità: I tratti vengono trasmessi alla prole con mutazioni
- Selezione: Gli individui con tratti vantaggiosi (mimetismo) sopravvivono e si
riproducono di più
2. Sintesi Moderna dell'Evoluzione
La simulazione integra genetica mendeliana e selezione naturale: i tratti sono ereditabili
(codificati come valori numerici RGB, velocità, taglia), soggetti a mutazioni casuali, e la
frequenza di questi "alleli" cambia nelle generazioni successive in base alla fitness.
3. Principio di Hardy-Weinberg
In assenza di mutazioni, migrazione, deriva genetica, e selezione, le frequenze alleliche
resterebbero costanti. Questa simulazione viola deliberatamente queste condizioni
(con mutazione e selezione attive), permettendo l'evoluzione.
4. Fitness Landscape e Adaptive Peaks
Il "paesaggio di fitness" è definito dalla similarità al colore ambientale. Cambiando il colore dello
sfondo, si sposta il "picco adattativo", e la popolazione deve "arrampicarsi" verso il nuovo ottimo
attraverso mutazione e selezione.
5. Camouflage Evolution
Il mimetismo è un classico esempio di selezione naturale studiato fin da Darwin. Organismi come le
falene punteggiate (Biston betularia) durante la Rivoluzione Industriale mostrano
adattamento rapido del colore in risposta a cambiamenti ambientali - esattamente ciò che questa
simulazione replica.
🔗 Link di Approfondimento
🎨 Cosa Significa "Cambiare Colore e Vedere l'Adattamento"?
Quando cambi il colore dell'ambiente (sfondo), modifichi
istantaneamente quale tipo di mimetismo è vantaggioso:
- Gli organismi che per caso hanno colori simili al nuovo sfondo diventano
improvvisamente più "fit" (sopravvivono meglio)
- Gli organismi che prima erano mimetizzati diventano visibili e vengono predati
- Nel corso delle generazioni, la popolazione si adatta: attraverso
riproduzione differenziale e mutazioni, i colori della popolazione convergeranno verso il nuovo
colore dello sfondo
- Osserva il grafico "Fitness Media": aumenta gradualmente quando la popolazione si adatta
🔄 Ciclo della Simulazione
- Fase di vita (~10 secondi): Gli organismi si muovono consumando energia
- Selezione: I predatori cacciano in base alla visibilità
- Riproduzione: I sopravvissuti generano prole con piccole mutazioni
- Nuova generazione: Il ciclo ricomincia
La barra bianca in basso al canvas mostra il progresso verso la prossima
generazione.
🎛️ Effetto dei Parametri
- Tasso di Mutazione: Più alto = più variabilità genetica = adattamento più
rapido ma fitness più instabile
- Pressione Selettiva: Più alta = solo i meglio mimetizzati sopravvivono =
selezione più forte
- Capacità Portante: Limita il numero massimo di organismi = simula risorse
limitate nell'ambiente