Fizičari su riješili paradoks borbe protiv biološke raznolikosti: "Ubij pobjednika"

$config[ads_kvadrat] not found

Element - Paradoks (Full Album)

Element - Paradoks (Full Album)
Anonim

Ekosustavi napreduju kada postoji obilje organizama sposobnih za obavljanje jedinstvenih funkcija i popunjavanje različitih niša. Osnovna slika toga bila bi kako biljke koriste sunčevu svjetlost i vodu i hranjive tvari kako bi rasle, biljojedi jedu biljke, mesožderi jedu biljojedi, a gljive raspadnu sve mrtve tvari natrag u hranjive tvari koje biljke koriste. Neki organizmi obavljaju istu funkciju, poput konzumiranja istog plijena, i izravno se natječu jedni protiv drugih za tu ulogu. Znanstvenici opisuju to bogatstvo vrsta kao „bioraznolikost“, ali su se uvijek borili da u potpunosti shvate njegovu složenost i pomire neke paradoksalne učinke bioraznolikosti.

Jedno od tih glavnih pitanja je ono što je poznato kao paradoks raznolikosti: zašto jedna superiorna vrsta ne nadmašuje sve svoje biološke susjede i dovodi ih do izumiranja. Znanstvenici bi napokon mogli riješiti ovu zagonetku. U radu objavljenom 28. prosinca u časopisu Physical Review Letters dr. sc. Nigel Goldenfield, prof. i njegov postdiplomac Chi Xue, kako u Carl R. Woese Institutu za genomsku biologiju na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaignu, istražuju paradoks raznolikosti kroz rasu mikrobioloških prijetnji.

Na primjeru virusa koji napadaju bakterije, Goldenfield i Xue pokazuju kako se grabežljivac i plijen natječu da se međusobno nadmeću. Bakterije razvijaju bolju obranu kako bi izdržale virusni napad, a virusi razvijaju načine za prevladavanje tih obrana. Što se virus bolje prilagođava kao grabežljivac, to je vjerojatnije da će uništiti svoj plijen - a time i samu sebe. Ovaj fenomen naziva se "Ubij pobjednika", a Goldenfield i Xue kažu da bi to moglo razriješiti paradoks raznolikosti.

Predatori i njihov plijen su vrlo slični Wile E. Coyoteu i Road Runneru: oni su uvijek u utrci s oružjem kako bi vidjeli tko može nadmudriti drugog, ali također žive u nekoj vrsti harmonije. Ako Wile E. Coyote postavi zamku, trkač trči drugačiji put da ga izbjegne. Tada Wile E. Coyote može postaviti dvije zamke, jednu na glavnoj ruti i jednu na zaobilaznici. Ali što ako uspije? Tko je još na plaži?

Da je Wile E. Coyote zapravo uspješan grabežljivac, vozio bi samu sebe i Road Runner do izumiranja. Ova dinamika je ona koju je Goldenfield ispitivao u odnosu virus-bakterija, uzimajući u obzir čimbenike kao što je slučajni rast populacije. On i Xue razvili su takozvani stohastički model koji pokušava uhvatiti neke od slučajnosti prirode kako bi računalnu simulaciju učinio realnijom.

Koristeći primjer morske biologije planktona, koji se sastoji od bakterija, algi, protozoa i drugih mikroorganizama, Goldenfield i Xue pokazuju kako virusi drže konkurentske članove zajednice pod kontrolom. Ukratko, oni tvrde da ne postoji "stabilno stanje" za ekološku zajednicu i da je uvijek u promjenama. Primjerice, dok jedna vrsta protozoa raste u populaciji, virus specifičan za domaćina ima više plijena. Dakle, populacija te protozoanske vrste se vraća natrag, ostavljajući više resursa za susjeda bakterije, koji tada doživljava sličan bum i bust sa svojim virusom specifičnim za domaćina.

Stoga je prividna ravnoteža u takvom sustavu dijelom rezultat konkurencije - ekologije - i dijelom rezultat genetske varijacije koja omogućuje jednoj vrsti da nadmudri svoje predatore - evoluciju.

"Naši rezultati snažno upućuju na to da raznolikost odražava dinamičku interakciju između ekoloških i evolucijskih procesa, a vođena je koliko je sustav iz ravnotežnog ekološkog stanja (kao što bi se moglo kvantificirati odstupanjima od detaljne ravnoteže)", pišu Goldenfield i Xue.

Njihov model, koji nazivaju Coevolving Kill model pobjednika, ne govori samo o ekologiji, nego io evoluciji, i kažu da je mnogo holističkiji od prethodnih modela koji samo računaju na korištenje resursa.

“U bakterijskoj zajednici različiti sojevi imaju različite stope rasta. Oni koegzistiraju, bez dominirajućih pobjednika, zbog specifičnih virusa domaćina koji kontroliraju odgovarajuće sojeve. To rezultira u dva sloja koegzistencije kroz KtW dinamiku (koegzistencija bakterija-planktona i koegzistencija bakterijskih sojeva), odmarana poput ruskih lutaka."

Je li to savršeno rješenje? Ni pod koju cijenu, ni u kom slučaju. Nijedan računalni model ne može obuhvatiti svu složenost prirodnog sustava. No, ovaj se kladi puno bliže nego prethodni napori.

$config[ads_kvadrat] not found