최적성 모델(Optimality model)은 생물학, 특히 진화생물학과 행동생태학 분야에서 사용되는 분석 도구이다. 자연계에서 유기체의 다양한 형질, 특성 및 행동과 관련된 비용(costs)과 편익(benefits)을 평가하여, 유기체의 최적 행동이나 표현형의 다른 측면에 대한 예측을 가능하게 한다. 최적성 모델링은 최적화 이론(optimization theory)의 모델링 측면에 해당하며, 결정 결과에 영향을 미치는 비용과 편익을 계산하고 시각화하여 적응(adaptation)에 대한 이해에 기여한다. 생물학에서 최적성 모델에 기초한 접근법을 최적성 이론(optimality theory)이라고 부르기도 한다.
최적성 모델에는 세 가지 주요 변수가 사용된다. 첫째, 결정(decision)은 유기체가 선택하는 행동과 그 행동의 비용 및 편익에 대한 진화적 고려를 포함한다. 둘째, 통화(currency)는 최대화하려는 변수로 정의되며, 예를 들어 에너지 지출 단위당 획득하는 식량의 양 등이 이에 해당한다. 통화는 행동의 원동력이며 보통 유기체의 생존에 필수적인 요소를 포함한다. 셋째, 제약(constraints)은 행동 수행에 사용되는 시간과 에너지, 또는 감각 능력에 내재된 한계와 같은 행동의 제한 조건을 말한다.
최적 행동은 특정 결정의 비용과 이익의 차이를 최대화하는 행동으로 정의된다. 최적성은 특정 행동을 통한 통화 획득을 위한 편익과 비용의 차이가 극대화되는 지점에서 발생하며, 이를 비용-편익 그래프를 통해 시각화한다.
최적성 모델의 대표적인 적용 사례로는 최적 채집 이론(optimal foraging theory)이 있다. 예를 들어, 별(starling)의 채집 행동은 한계값 정리(marginal value theorem) 모델을 통해 예측할 수 있으며, 연구자들은 새가 사냥하는 시간과 사냥터까지의 이동 거리를 비교하여 새끼에게 되돌려주는 먹이의 양을 최대화하는 행동을 분석한다. 또한 캐나다 태평양 연안의 까마귀가 연체동물인 골뱅이(whelk)의 껍데기를 깨기 위해 돌에 떨어뜨리는 최적 높이를 예측한 연구(Reto Zach, 1978)와, 똥파리(dung fly)의 교미 시간 최적화 모델(Geoff Parker, 1999) 등이 잘 알려진 사례이다.
최적성 모델은 한계점도 지적되어 왔다. 자연선택에 대응하는 최적화의 정도는 유전 구조의 변화율, 선택 시 존재하는 첨가 분산의 양, 유전자 흐름, 환경 변화의 비율, 유전적 표류 등의 무작위 효과에 따라 달라지므로, 엄격한 최적화는 유전적·환경적 변화로 인해 도달할 수 없을 수 있다. 최적성 달성을 제한하는 유전적 요인으로는 돌연변이와 유전적 연계(genetic linkage)가 포함된다. 유기체의 행동을 기술하고 분석하기 위한 보완 전략으로는 계통생성 비교 방법(phylogenetic comparative methods)과 정량적 유전학(quantitative genetics)이 있다.
