Can optimal energy allocation in bioenergetic models improve predictions?
生物能模型中的最佳能量分配可以改善预测吗?
基本信息
- 批准号:2052246
- 负责人:
- 金额:$ 41.16万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-09-01 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
All organisms consume energy via food and use that energy for daily processes, including growth, reproduction, and body maintenance. Scientists commonly use energy budget models to describe and predict the flow of this energy through individual organisms. Existing model use unrealistic assumptions about the partitioning of energy to different processes, and as a result, they often make inaccurate predictions. This research will modify this standard modeling approach to incorporate optimal energy partitioning, assuming that organisms evolve to partition energy resources in a way that maximizes their future survival and reproduction. Predictions using this new way of modeling will then be compared to predictions from the standard modeling approach, and both will be used to predict how animals should allocate energy after an injury. The Asian shore crab, a species that has invaded rocky shores along the US east coast from North Carolina to Maine, will be used as a model organism to test the hypothesis that this new optimal modeling approach provides better predictions than the standard approach. Energy partitioning will be examined through field and laboratory studies in crabs that have lost one or more limbs. The research will also provide early scientific training to junior high and high school students from underrepresented backgrounds by involving students from an existing summer program in making predictions using the models, and then testing these predictions using data collected in the field.Existing bioenergetic models generally assume fixed energy allocation strategies, and consequently yield predictions that are often inaccurate. This research uses optimal energy allocation in a 4-step process to improve bioenergetic modeling, with a focus on studying energy allocation following nonlethal injury in the invasive Asian shore crab Hemigrapsus sanguineus. The first step is to develop a bioenergetics model that includes injury. The second step is to measure condition-dependent metabolic rates needed to complete the parameterization of the bioenergetics model. The third step uses the bioenergetic model within dynamic state variable modeling framework to identify the optimal energy allocation strategy of injured crabs as a function of crab age, body condition, injury status, reproductive status, and time of the year relative to the reproductive season. The fourth step is empirically testing model predictions to determine whether a model that includes an optimal energy allocation strategy performs better than a null model with a fixed energy allocation strategy. The proposed work will improve our understanding of the energetic responses to nonlethal injury, will provide a general theoretical framework for understanding when injury recovery should be prioritized, and will demonstrate a modeling strategy that can predict and clarify context-dependent tradeoffs in energy allocation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
所有生物都通过食物消耗能量,并将这些能量用于日常过程,包括生长,繁殖和身体维护。 科学家通常使用能量预算模型来描述和预测这种能量在个体生物中的流动。 现有的模型使用不切实际的假设的能源分配到不同的过程,因此,他们往往作出不准确的预测。 这项研究将修改这种标准的建模方法,以纳入最佳的能量分配,假设生物体进化到以最大化其未来生存和繁殖的方式分配能量资源。 使用这种新的建模方法的预测将与标准建模方法的预测进行比较,两者都将用于预测动物在受伤后应该如何分配能量。 亚洲海岸蟹是一种入侵美国东海岸从北卡罗来纳州到缅因州的岩石海岸的物种,它将被用作模型生物来测试这一假设,即这种新的最佳建模方法比标准方法提供了更好的预测。 能量分配将通过在失去一个或多个肢体的螃蟹中进行的实地和实验室研究进行检查。 该研究还将为来自代表性不足背景的初中和高中学生提供早期科学培训,让现有暑期项目的学生参与使用模型进行预测,然后使用现场收集的数据对这些预测进行测试。现有的生物能量模型通常假设固定的能量分配策略,因此产生的预测往往不准确。 本研究采用最佳的能量分配在4个步骤的过程中,以提高生物能量模型,重点研究非致命性伤害后的入侵亚洲海岸蟹Hemigrapsus sanguineus的能量分配。 第一步是开发一个包含损伤的生物能量学模型。 第二步是测量完成生物能量学模型参数化所需的条件依赖性代谢率。 第三步使用动态状态变量建模框架内的生物能量模型,以确定受伤螃蟹的最佳能量分配策略,作为螃蟹年龄,身体状况,受伤状态,生殖状态和相对于生殖季节的时间的函数。 第四步是根据经验测试模型预测,以确定包括最优能量分配策略的模型是否比具有固定能量分配策略的空模型表现更好。 拟议的工作将提高我们对非致命性损伤的能量反应的理解,将为理解何时应优先考虑损伤恢复提供一般理论框架,并将展示一种建模策略,可以预测和澄清上下文-该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值进行评估,更广泛的影响审查标准。
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)
Effects of season and latitude on the diet quality of the invasive Asian shore crab Hemigrapsus sanguineus
季节和纬度对入侵亚洲滨蟹Hemigrapsus sanguineus食性的影响
- DOI:10.3354/meps14231
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:2.5
- 作者:Reese, TC;Alder, J;Asay, EG;Blakeslee, AMH;Cabrera, D;Crane, LC;Fletcher, LS;Pinkston, E;Repetto, MF;Smith, N
- 通讯作者:Smith, N
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