Центральное место добычи пищи

Теория центрального места добычи пищи ( CPF ) — это эволюционная экологическая модель для анализа того, как организм может максимизировать скорость добычи пищи , путешествуя по участку (дискретной концентрации ресурсов), но сохраняет ключевое отличие от фуражира, путешествующего из домашней базы в отдаленное место добычи пищи, а не просто проходящего через территорию или путешествующего наугад. CPF была первоначально разработана для объяснения того, как краснокрылые черные дрозды могут максимизировать отдачу энергии при путешествии к гнезду и от него. ^[1] Модель была дополнительно уточнена и использована антропологами, изучающими экологию поведения человека и археологию . ^[2]

Исследования случаев

Центральное место добычи пищи у животных, не являющихся людьми

Орианс и Пирсон (1979) обнаружили, что краснокрылые черные дрозды в восточном штате Вашингтон, как правило, захватывают большее количество отдельных видов добычи за один полет по сравнению с теми же видами в Коста-Рике , которые привозили крупных одиночных насекомых. ^[1] Специализация на добыче пищи у черных дроздов Коста-Рики была связана с увеличением затрат на поиск и обработку ночной добычи, тогда как птицы в восточном Вашингтоне ищут добычу днем ​​с меньшими затратами на поиск и обработку. Исследования с морскими птицами и тюленями также показали, что размер груза имеет тенденцию увеличиваться с расстоянием от гнезда до места добычи пищи, как и предсказывает CPF. ^[3] Другие центральные фуражиры, такие как общественные насекомые , также подтверждают теорию CPF. Европейские медоносные пчелы увеличивают свою нектарную нагрузку по мере увеличения времени путешествия от улья до мест нектара. ^[4] Было обнаружено, что бобры предпочитают собирать деревья большего диаметра по мере увеличения расстояния от их домика. ^[5]

Археологический пример: желуди и мидии в Калифорнии

Чтобы применить модель центрального места добычи пищи к этнографическим и экспериментальным археологическим данным, основанным на теории среднего диапазона , Беттингер и др. (1997) упрощают модель центрального места Барлоу и Меткалфа (1996) для изучения археологических последствий добычи и обработки желудей ( Quercus kelloggii ) и мидий ( Mytilus californianus ). ^{[6] [7]} Эта модель предполагает, что собиратели собирают ресурсы на расстоянии от своего центрального места с целью эффективного возвращения ресурса домой. Ожидается, что время в пути определит степень, в которой собиратели будут обрабатывать ресурс, чтобы повысить его полезность до возвращения из места добычи пищи в свое центральное место. Транспортные возможности в аборигенной Калифорнии были установлены путем измерения объема грузовых корзин и экстраполяции веса груза на основе этнографических данных об использовании корзин.

Этнографические и экспериментальные данные использовались для оценки полезности на каждом возможном этапе обработки. Изучая экологию и методы заготовки, модель центрального места добычи пищи использовалась для прогнозирования условий, в которых будет происходить полевая обработка двух видов.

• Желудь: Большинство стадий обработки желудей чрезвычайно трудоемки, но лишь незначительно увеличивают полезность, поэтому модель добычи в центральном месте предсказывает, что желуди следует только высушивать перед транспортировкой в ​​центральное место. Дальнейшая обработка желудей (раскалывание, лущение и провеивание) повышает эффективность только тогда, когда время путешествия сборщиков в одну сторону достигает 25 часов. Это соответствует примерно 124,75 км, что превышает размер территории коренных групп в Калифорнии, зависящих от желудей.
• Мидии: Когда сборщики урожая используют метод ощипывания, ожидается полевая обработка даже при коротких расстояниях перемещения, так как соотношение ракушки и мяса позволяет сборщику увеличить эффективность, удаляя ракушку. Очистка почти всегда приводит к центральной обработке, а не полевой обработке, так как этот метод сбора урожая приводит к получению большого процента мелких мидий с высоким соотношением ракушки и мяса.

Понимание центральных мест добычи пищи имеет значение для изучения формирования археологических памятников. Изменчивость останков на памятниках может рассказать нам о мобильности — являются ли группы центральными собирателями, какой ресурс они картируют и степень их мобильности. Основываясь на применении центральных мест добычи пищи для обработки мидий и желудей, Беттингер и др. (1997) делают несколько прогнозов относительно археологических ожиданий. ^[6] Исследование показывает, что закупка с полевой обработкой обходится дороже по сравнению с добычей и обработкой ресурсов в жилых помещениях. Эти результаты подразумевают, что высокомобильные собиратели будут создавать домашнюю базу в непосредственной близости от основных ресурсов, и вся обработка этих ресурсов будет осуществляться в жилых помещениях. Менее мобильные в жилых помещениях популяции, в свою очередь, будут картироваться только на нескольких ресурсах и, как ожидается, будут обрабатывать нелокальные ресурсы в полевых условиях во время логистических вылазок по добыче на больших расстояниях от своего центрального места. Обработка мусора с археологических памятников должна отражать изменения в мобильности.

• Желуди: Места, где среди археоботанических остатков преобладают желуди, можно считать сезонными местами высокомобильных собирателей, которые нанесли на карту желуди для сезонной переработки. Места, где есть смесь археоботанических остатков с уменьшенным количеством остатков желудей и растительного материала, который был бы потерян на ранних стадиях полевой обработки, интерпретируются как менее мобильные поселения, характеризующиеся логистическим снабжением.
• Мидии: Интерпретация археологических раковин мидий сложна, поскольку она зависит от состояния мидийных отмелей, расстояния до них и типа используемого метода сбора урожая. Однако в целом участки, расположенные ближе к мидийным отмелям, должны иметь более крупные раковины мидий из-за выщипывания и потребления в жилых помещениях. Участки, расположенные далеко от мест добычи мидий, как ожидается, будут иметь раковины мидий разных размеров из-за их зачистки. Наличие большего количества мелких раковин мидий также может указывать на увеличение интенсификации ресурсов.

Археологическое исследование: серебряные рудокопы и пропаганда в Колорадо

Гловер (2009) использовал модель CPF, чтобы определить, эффективно ли выбирали шахтеры конца девятнадцатого века около Готика, штат Колорадо, места для добычи серебра, учитывая затраты на транспортировку серебряной руды на фабрику, стоимость серебра и количество серебра на килограмм руды. ^[8] Оценки затрат, связанных с транспортировкой, были получены с использованием исследований в области физиологии для определения наиболее энергетически эффективного размера груза. Газетные статьи использовались для определения почасовой оплаты труда, которую мог бы получать шахтер, если бы он работал в городе. Газеты также использовались для оценки стоимости серебра в то время, а оценки количества серебра на килограмм руды были получены из записей с местных серебряных фабрик, а также из газет. Они различались, причем газеты оптимистично утверждали, что месторождения серебра были гораздо более продуктивными, чем показывали более точные записи фабрик.

Эти оценки использовались для определения оптимального размещения шахт. Ряд исторических мест добычи были зарегистрированы с помощью GPS . Эти данные использовались для расчета наименее затратных путей от шахт до Готика, которые давали расстояния до центрального места. Результаты сравнивались с двумя различными моделями CPF, основанными на газетной пропаганде и более реалистичных записях фабрики, соответственно.

Шахтеры выбирали места, которые были намного дальше, чем это было возможно, учитывая стоимость серебра и его фактическое изобилие. Однако шахты находились в пределах расстояния, предсказанного с использованием оптимистичных оценок газет. Гловер предположил, что шахтеры, будучи новичками в этом районе, использовали стратегии социального обучения и основывали свои решения на газетной пропаганде и слухах, а не на личном опыте. Поэтому они выбирали места, которые были слишком далеки, чтобы быть экономически жизнеспособными.

Этнографическое исследование: моллюски на островах Торресова пролива

Моллюски являются примером ресурсов, на которые нацелена модель CPF – те, у которых тяжелый, громоздкий компонент с низкой полезностью (например, раковина), окружающий меньший, более легкий компонент с высокой полезностью (например, мясо). Если собиратели по-разному обрабатывают и транспортируют добычу моллюсков, анализ состава кучи может неправильно оценить важность некоторых видов и их относительный вклад в доисторический рацион. Используя данные о добыче пищи из Мериама в Австралии, Берд и Блидж Берд (1997) сравнивают наблюдаемое приобретение моллюсков с отложением раковин в жилых местах и ​​проверяют гипотезы модели CPF. ^[9]

Мериам населяют острова Торресова пролива в Австралии, имеют меланезийское происхождение и имеют прочные культурные и исторические связи с Новой Гвинеей. Они продолжают собирать морские ресурсы, такие как морские черепахи, рыбы, кальмары и моллюски. Берд и Блидж Берд провели «целевые индивидуальные наблюдения за добычей пищи» 33 детей, 16 мужчин и 42 женщин во время приливных походов за пищей на рифовых отмелях и скалистых берегах . Технология добычи пищи включает 10-литровые пластиковые ведра, ножи с длинным лезвием и молотки. Собиратели ограничены временем (2–4 часа во время отлива) и размером груза (10-литровое ведро).

Крупные моллюски ( Hippopus hippopus и Tridacna spp. ), собранные на рифовой отмели, составляют более половины собранного съедобного веса, но поскольку они почти всегда обрабатываются в полевых условиях, их раковины составляют всего 10% отложений в жилых помещениях. Напротив, закатные моллюски ( Asaphis violascens ) и нериты ( Nerita undata ) обычно обрабатываются в жилых помещениях. Таким образом, крупные моллюски были недостаточно представлены, в то время как мелкие моллюски и нериты были перепредставлены в реконструированном рационе.

Поскольку поиск пищи на рифовых отмелях и каменистых берегах происходит в нескольких местах на разных расстояниях от жилого лагеря, авторы рассчитали средний порог обработки расстояния одностороннего перемещения ( , в метрах) для каждого вида. Модель CPF точно предсказывает полевую обработку для большинства событий поиска пищи на рифовых отмелях для двустворчатых моллюсков. У Hippopus и Tridacna пороговые расстояния обработки небольшие ( = 74,6 и 137 соответственно), и ни одна раковина не возвращается в лагерь на расстоянии более 150 метров. Соответствие женщин приближается к 100%, но дети и мужчины делают оптимальный выбор реже, потому что они обычно ищут моллюсков оппортунистически и, следовательно, не всегда имеют при себе соответствующую технологию обработки. ${\displaystyle z_{d1}}$ ${\displaystyle z_{d1}}$

Для брюхоногих моллюсков ( Lambis lambis , = 278,7) модель точно предсказывает обработку только в 58-59% случаев. Это может быть отчасти связано с предпочтением приготовления некоторых видов внутри своих раковин (т. е. раковина имеет некоторую полезность), а также с тем, что некоторые виды добычи готовятся в «лагерях обеденного времени», а не в жилом лагере. A. violascens и N. undata никогда не обрабатываются в полевых условиях, что согласуется с их большими пороговыми расстояниями обработки (2418,5 и 5355,7 соответственно). ${\displaystyle z_{d1}}$

В целом, типы добычи, которые было трудно или неэффективно обрабатывать и/или которые собирали вблизи жилого или временного лагеря, не подвергались полевой обработке. Виды, которым требовалось небольшое время обработки для увеличения возврата и/или которые собирали далеко от лагеря, подвергались полевой обработке. Прогнозы полевой обработки модели CPF могут быть неверными, когда моллюски перевозятся целиком, чтобы сохранить свежесть для последующего потребления или торговли, или когда сама раковина представляет ценность.

Этноархеологическое исследование: маринованные водоросли и пиньон

Барлоу и Меткалф (1996) рассматривают вопросы полевой обработки растительных материалов. ^[7] Решения собирателей центрального места могут запутать археологические интерпретации о вкладе растительного материала в рацион. Уместны два взаимосвязанных вопроса: местоположение центрального места и полевая обработка.

Барлоу и Меткалф изучают археологические материалы из двух мест, Danger Cave и Hogup Cave, в районе Большого Соленого озера . Эти места содержат доказательства использования пиньонской сосны ( Pinus monophylla ) и маринованной травы ( Allenrolfea occidentalis ).

Образцы были получены для экспериментальной обработки из сохранившихся рощ пиньона и участков пикули в окрестностях пещер. Пиньон и пикули собирались и обрабатывались на тщательно рассчитанных и контролируемых этапах. После каждого этапа полезная, т. е. съедобная, часть оставшегося материала взвешивалась и регистрировалась перед переходом к следующему этапу. Этапы состояли из: сбора, сушки и различных процессов (высушивание, шелушение, провеивание и т. д.) для удаления несъедобных компонентов. Затем с помощью лабораторного анализа определялась калорийность образцов. Эти значения, а также предполагаемые размеры загрузки от 3 до 15 кг (на основе размеров этнографической корзины для груза) затем использовались для создания прогнозов модели полевой обработки.

На расстоянии 15 километров от центрального места расчетные чистые нормы возврата для партий полевой обработки пиньона и пиклееда составляют 3000 и 190 калорий в час соответственно. Поскольку пиньон имеет более высокие общие нормы возврата, полевая обработка дает более высокую норму возврата. Поскольку пиклеед имеет более низкую норму возврата, не стоит тратить дополнительные усилия, необходимые для полевой обработки. Поэтому центральное место будет расположено ближе к участкам пиклееда, чем к пиньону, чтобы более эффективно использовать ресурс с более низким рейтингом.

Эти результаты подразумевают, что археологические свидетельства наличия пикули в пещере могут переоценивать ее фактический вклад в рацион. Если собиратели решат поселиться ближе к участкам пикули и приносить в основном необработанные растения, высокая плотность макроокаменелостей пикули будет включена в отложения участка. Однако для пиньона, который в основном обрабатывается в полевых условиях, верно обратное. Таким образом, большинство участков будут содержать мало макроокаменелостей несъедобных частей пиньона, которые впоследствии могли бы быть извлечены археологами. Таким образом, относительное обилие макроокаменелостей в большинстве случаев напрямую не переводится в относительный вклад этих ресурсов в рацион собирателей центрального места.

Модель

Базовая математика: один этап обработки

Эффект выравнивания кривой полезности при сохранении постоянного времени закупки и обработки . Когда разница между обработкой на поле и транспортировкой целых предметов уменьшается, следует ожидать увеличения времени транспортировки, при котором будет происходить обработка. Сборщик должен обрабатывать предметы, когда время транспортировки из центрального места превышает этот порог. (Адаптировано из Metcalfe and Barlow 1992.) ${\displaystyle U(t)}$ ${\displaystyle (x_{0},x_{1})}$ ${\displaystyle (y_{1},y_{0})}$

Целью модели обработки поля является максимизация скорости возврата для сборщика за круговой маршрут от домашней базы до участка. Модель обычно решает для некоторого времени в пути, которое делает целесообразным обработку ресурса до определенной стадии. Чтобы определить это, нам нужно связать выгоду от обработки и время, потраченное на обработку, со временем в пути. Мы позволяем

${\displaystyle z=}$точка на оси транспорт-время, где полевая переработка становится прибыльной

${\displaystyle x_{0}=}$время на закупку необработанных ресурсов

${\displaystyle x_{1}=}$время на закупку и обработку большого количества ресурсов

${\displaystyle y_{0}=}$полезность нагрузки без полевой обработки

${\displaystyle y_{1}=}$полезность нагрузки с обработкой на месте

Тогда связь определяется следующим образом:

${\displaystyle z={\frac {y_{0}x_{1}-y_{1}x_{0}}{y_{1}-y_{0}}}}$

Имея значения полезности и времени обработанных и необработанных грузов , мы можем решить для . Правая часть уравнения — это пропорция относительной полезности*время к полезности. Должны быть выполнены два условия. Во-первых, обработанный груз должен иметь большую полезность, чем необработанный груз. Во-вторых, скорость возврата необработанного груза должна быть по крайней мере такой же хорошей, как скорость возврата обработанного груза. Формально, ${\displaystyle (y_{1},x_{1})}$ ${\displaystyle (y_{0},x_{0})}$ ${\displaystyle z}$

Если тогда . ${\displaystyle x_{1}>x_{0}}$ ${\displaystyle y_{1}>y_{0}}$

Если , то . ${\displaystyle y_{0}<y_{1}}$ ${\displaystyle {\frac {y_{0}}{x_{0}}}\geq {\frac {y_{1}}{x_{1}}}}$

Множество компонентов и множество стадий обработки

Многие ресурсы имеют несколько компонентов, которые могут быть удалены во время обработки для повышения полезности. Многоступенчатые модели обработки поля предоставляют способ расчета порогов перемещения для каждого этапа, когда ресурс имеет более одного компонента. По мере увеличения полезности на загрузку время, необходимое для закупки полной загрузки, увеличивается.

Преимущество каждого этапа обработки:

${\displaystyle y_{j}={\frac {\sum _{i\in s_{j}}A_{i}B_{i}}{\sum _{i\in s_{j}}B_{i}}}}$

где

${\displaystyle A_{j}=}$полезность компонента ресурса j

${\displaystyle B_{j}=}$доля пакета, состоящего из компонента ресурса j до обработки

${\displaystyle y_{j}=}$полезность нагрузки на этапе полевой обработки j

Стоимость по времени на каждом этапе обработки составляет:

${\displaystyle x_{j}=\left({\frac {L}{P\sum _{i\in s_{j}}B_{i}}}\right)\left(M+\sum _{i\notin s_{j}}D_{i}\right)}$

где

${\displaystyle D_{j}=}$время, необходимое для удаления компонента ресурса j

${\displaystyle L=}$вес оптимального размера груза для транспортировки

${\displaystyle P=}$вес неизмененного пакета ресурсов

${\displaystyle M=}$время, необходимое для обработки каждого пакета ресурсов

${\displaystyle x_{j}=}$общее время обработки и производства, необходимое для достижения каждого этапа j обработки

Теперь эти значения можно использовать для вычисления , что является порогом перемещения для обработки на этапе j . В дополнение к ресурсу с несколькими компонентами, эта же модель обобщается на ресурс с несколькими этапами, каждый из которых состоит из нескольких ресурсов, каждый из которых может быть удален независимо друг от друга (т. е. без дополнительных затрат). Эту модель можно дополнительно обобщить на случай, когда несколько компонентов с дополнительными затратами могут быть удалены на нескольких этапах обработки посредством рекурсии. ${\displaystyle z_{j}}$

Предположения

Кривые спада транспорта демонстрируют снижение коэффициентов возврата (кал/час), испытываемых сборщиком пищи в центральном месте, в зависимости от времени поездки туда и обратно. Порог перемещения из моделей полевой обработки представляет собой время перемещения, при котором обработка на следующем этапе обеспечит более высокие коэффициенты возврата, что указывается пересечением кривых спада для двух последовательных этапов обработки. Затененные области представляют собой оптимальную степень обработки по мере увеличения времени поездки. ^[7] ${\displaystyle z_{j}}$

Эта модель основана на ряде предположений. Наиболее важные из них перечислены здесь.

• Отдельные лица пытаются максимизировать скорость доставки за один круговой рейс * Посылки содержат как минимум два компонента с различными полезностями
• Оптимальный размер нагрузки меньше или равен доступным ресурсам.
• Время, проведенное вне лагеря, имеет альтернативную стоимость , а время, проведенное в лагере, нет. Таким образом, нет никаких затрат на обработку в лагере.

Прогнозы

Модель полевой обработки позволяет сделать три ключевых прогноза.

1. Количество, которое индивид готов обработать, пропорционально времени в пути. Это очевидно из и в уравнении выше. Поскольку — это количество времени, которое требуется индивидууму для обработки чего-либо до дополнительной стадии, и это не зависит от количества времени, которое требуется для первоначального получения ресурсов, и поскольку положительно, то его увеличение приведет к увеличению . ${\displaystyle x_{0}}$ ${\displaystyle x_{1}}$ ${\displaystyle x_{1}}$ ${\displaystyle x_{1}}$ ${\displaystyle z}$
2. Если обработка приводит к большей выгоде, то не нужно будет ехать так далеко, чтобы сделать обработку стоящей. Это ясно видно, потому что, пока условие 2 выполняется, больше, чем . Так что эта часть уравнения будет отрицательной. Следовательно, если мы оставим все остальное без изменений и увеличим выгоду за счет обработки, время в пути, необходимое для того, чтобы сделать обработку жизнеспособной, уменьшится. ${\displaystyle y_{1}}$ ${\displaystyle y_{0}}$
3. Обработка поля может увеличить количество времени, которое особь готова преследовать добычу. Если обработка объекта добычи приводит к достаточно большой выгоде, вы потратите больше времени на ее поимку. Мы можем увидеть это, посмотрев на то, где находится в этой модели. Поскольку он взаимодействует с выгодой, обусловленной обработкой, изменение любого из них может изменить . ${\displaystyle x_{0}}$ ${\displaystyle z}$
4. Центральное место добычи пищи предсказывает, что собиратели будут оптимизировать свои маршруты и стратегии сбора ресурсов на основе расстояния и прибыльности ресурсов относительно их центрального расположения, стремясь максимизировать свой прирост энергии при минимизации расходов на поездку. Головоломка - еще один hmmmm может быть whytreesaregreat - и, возможно, LXX8tH6g. Эффективность обработки может варьироваться в зависимости от условий окружающей среды, таких как обилие или дефицит ресурсов, что влияет на общую стратегию добычи пищи.

Кривые снижения транспорта демонстрируют снижение скорости возврата (кал/час), испытываемое сборщиками пищи в центральных местах, в зависимости от времени поездки туда и обратно.

Смотрите также

• Теория оптимального кормодобывания

Ссылки

1. Orians, GH, Pearson, NE, 1979. О теории добычи пищи в центральных местах. В: Horn, DJ, Mitchell, RD, Stairs, GR (ред.), Анализ экологических систем . Издательство Университета штата Огайо, Колумбус, стр. 154–177.
2. Меткалф, Д., Барлоу, К. Р., 1992. Модель для исследования оптимального компромисса между обработкой в ​​полевых условиях и транспортировкой. Американский антрополог . 94, 340–356.
3. Коста Д.П. 1991. Репродуктивная и кормовая энергетика пингвинов, альбатросов и ластоногих высоких широт — последствия для закономерностей жизненного цикла. Американский зоолог , 31(1), 111–130.
4. Кацелник, А., Хьюстон, А.И. и Шмид-Хемпель, П. 1986. Центральное место сбора пищи у медоносных пчел: влияние времени путешествия и потока нектара на наполнение зоба. Поведенческая экология и социобиология , 19(1), 19–24.
5. Fryxell, JM, & Doucet, CM 1991. Время добычи продовольствия и центральное место добычи пищи у бобров. Канадский журнал зоологии . 69(5), 1308-1313.
6. Bettinger, RL, Malhi, R., & McCarthy, H. 1997. Модели обработки желудей и мидий в центральных местах. Журнал археологической науки . 24, 887-899.
7. Барлоу, К. Р. и Меткалф, Д. 1996. Индексы полезности растений: два примера великих бассейнов. Журнал археологической науки . 23, 351-371.
8. Гловер, SM 2009. Пропаганда, общественная информация и разведка: объяснение иррационального оптимизма собирателей в центральных районах во время серебряной лихорадки в Колорадо в конце девятнадцатого века. Экология человека 37, 519-531.
9. Берд, Д. В. Блидж Берд, Р. 1997. Современные стратегии сбора моллюсков среди мериам островов Торресова пролива, Австралия: проверка прогнозов модели добычи пропитания в центральном месте. Журнал археологической науки 24:39-63.