Simulation and study of an artificial ecosystem based on a cocoa plantation in Ghana, Africa

Internship Report presented as the partial requirement for obtaining a Master's degree in Data Science and Advanced Analytics, specialization in Data Science The scientific community has been warning for the dangerous consequences of human’s exploitation on the planet. In the past thirty years the planet lost half of its wildness and the greenhouse gases emissions have being rising ever since. This dissertation was focused on a particular ecosystem, a cocoa plantation in Ghana, Africa. Also, in this research the interaction between the species that live in the ecosystem as well as their rules and characteristics were studied. The main objective of this dissertation was to build a system which is the result of an artificial ecosystem able to support artificial life and also to analyze how the species respond to an increase in the ecosystem temperature. The artificial ecosystem was programmed to mimic the cocoa plantation. As such, the artificial life or species which live on it are: the cocoa trees, the midges and the mites. These species were programmed as agents in an environment, the ecosystem. The system was programmed using python as programming language and it was based on the description that (Russell and Norvig, 2002) made on environments and agents construction and the description that (Rothlauf, 2006) and (Eiben, Smith, et al., 2003) made on genetic algorithms. The visualization of the environment and the agents was programmed in a parallel script that draws the previous objects at every iteration. Finally, the environment temperature was increased by 1:5°C and by 3:0°C. The first increase had a small effect on the midges population only decreasing by 11% the initial number of individuals. The second increase had a major effect on the midges population leading to the species extinction. On the contrary, these increases of temperature did not affect the development of the mite species. These results were not a surprise as climate change and global warming accelerates the previous scenarios. In fact, these phenomena are expected to happen a lot more across the world. Humans are causing an unbalance in nature, the planet conditions are changing rapidly, at a rate that nature cannot cope. A comunidade científica tem avisado para as perigosas consequências da exploração humana no planeta. Nos últimos trinta anos o planeta perdeu metade da sua vida selvagem e as emissões de gases de estufa têm vindo a aumentar desde então. Esta dissertação focou-se num ecossistema em particular, uma plantação de cacau no Gana, África. Para além disso, durante esta investigação a interação entre espécies que vivem no ecossistema assim como as suas respetivas regras e características foi estudada. O principal objectivo da dissertação foi construir um ecossistema artificial capaz de suportar vida artificial. Depois, observar como é que as espécies que vivem neste ecossistema respondem quando a temperatura do ambiente é aumentada. O sistema artificial foi programado para imitar a plantação de cacau, como tal, a vida artificial ou especies que lá vivem são: as árvores de cacau, as moscas do cacau e os ácaros. As espécies foram programadas para serem agentes num ambiente, o ecossistema. O sistema foi programado usando Python como linguagem de programação e foi baseado na descrição que (Russell e Norvig, 2002) fez sobre a construção de ambientes e agentes e nas descrições que (Rothlauf, 2006) e (Eiben, Smith et al., 2003) fizeram sobre algoritmos genéticos. A visualização do ambiente e dos agentes foi programada em paralelo noutro ficheiro que desenha os objectos anteriores a cada iteração do ambiente. Por fim, a tempertura do ambiente foi aumentada em 1;5°C e em 3;0°C. O primeiro aumento teve um efeito pequeno na espécie das moscas do cacau, apenas diminuiu a população inicial das moscas. O segundo aumento teve um maior efeito na espécie das moscas conduzindo à extinção da mesma. Por outro lado a espécie das ácaros não foi afetada por nenhum dos aumentos da temperatura. Estes resultados não foram surpreendentes com a aceleração das alterações climáticas e do aquecimento global. De facto, é esperado que estes fenómenos aconteçam cada vez mais por todo o planeta. A actividade humana está a provocar um desequilíbrio na natureza, as condições do planeta estão a mudar rapidamente, tão rápido que a natureza não consegue acompanhar.