Doğa matematiğe nasıl meydan okur? Ekosistemin istikrarını korumak için
Paradoksal olarak, ekolojik modellerde, biyolojik türler arasındaki yakın etkileşimlerin bolluğu genellikle felaketlere neden olur ve yeni analiz, doğanın matematiği nasıl zorladığını ortaya koyar. Yoğun yağmur ormanlarının, savanların ve sakin göllerin ardında, rekabet ve işbirliği dolu bir dünya var. Sınırlı yaşam alanı ve kaynakları için rekabet edebilmek için türler birbirlerini tüketecek ve birbirlerinin özelliklerini kullanacaktır. Ekolojistler, ekosistemleri matematikle simüle etmeye çalıştıklarında, türler arasındaki etkileşim ne kadar fazlaysa sistemin o kadar dengesiz olduğunu bulurlar. Basit bir ekosistem modelinin kararlı kalması için, türleri arasındaki tüm etkileşimlerin tamamen uyumlu olması gerekir.
Boko Garden-Science Popülerleştirme: Bununla birlikte, tür sayısı ve türler arasındaki etkileşimin yoğunluğu arttıkça, dengeyi sağlamak daha da zorlaşır: her bir eş çiftindeki herhangi bir karışıklık veya dengesizlik dışa doğru yayılır ve tüm ağda kaosa neden olur. Bu ilişkide türler birbirlerinin hayatta kalmasına doğrudan katkıda bulunur. Matematiksel simülasyonlarda birbirine bağımlı organizmalar bazen çok iyi performans gösterir; aşırı durumlarda üssel olarak büyürler. Teorik ekolojinin öncüsü Robert May, bir zamanlar bu durumu "karşılıklı iyilik karnavalı" olarak nitelendirdi ve bu da diğer organizmaların yok olmasına yol açabilir. Gerçek ekosistem o kadar kırılgan görünmüyor.Nature Communications'da yayınlanan yeni bir makalede, Illinois Üniversitesi'nden iki teorik ekolojist, türler arasındaki karşılıklı yararlı davranışların ekosistemin istikrarını nasıl etkilediğini daha kesin bir şekilde araştırdı. Ve doğru koşullar altında, karşılıklı yararın ekosistem istikrarını nasıl artıracağı.
Doğadaki karmaşık ve çeşitli ekosistemler, genellikle türler arasındaki zengin etkileşimlerle dengelenir. Ancak simülasyonlarda, model ekosistem genellikle etkileşimler arttıkça ve arttıkça kararsız hale gelir. Araştırmacılar yavaş yavaş bu farklılığa neyin sebep olduğunu anlamaya başlıyor. Resim: Quanta Magazine için Maxim Usik
Çalışmanın sonuçları, ekosistemin modelin önerdiğinden daha dayanıklı olduğunu gösteren önceki sonuçlarla tutarlıdır. Earle'deki Illinois Üniversitesi'nde teorik bir ekolojist ve doçent olan James O'Dwyer şunları söyledi: Araştırmacılar, modelleme çalışmalarında daha gerçekçi sonuçlar elde etmek için tutarsızlıkları nasıl çözeceklerini öğrenmiş olsalar da, karşılıklı olarak faydalı simbiyoz sorunu son zamanlarda haline geldi. Yeni bir aciliyet sunmak. Mikrobiyal toplulukların genel anlayışı büyüdükçe, bunların nasıl modelleneceği daha acil hale geliyor. Büyük mikrobiyal toplulukların birçok çapraz besleme etkileşimi vardır ve kaynak değişimi birçok güçlü etkileşimi beraberinde getirmelidir. Geleneksel modellerde bu, sistemin çok dengesiz olmasına neden olur ve istikrar, bu popülasyonların varlığının bir işaretidir. Bağırsak mikrobiyal topluluğu sağlıklı dönemde çok stabildir ve dalgalanmalar bir dizi hastalığı beraberinde getirir.
Illinois Üniversitesi'nde teorik bir ekolojist olan James O'Dwyer, bir çift tür arasındaki kesin karşılıklı etkileşim seviyesinin ekosistemin istikrarını nasıl etkilediğini inceledi. Resim: James O'Dwyer'ın izniyle
Daha fazla araştırma için, ilk olarak bir model oluşturduk: Bu modelde, organizmalar doğum, üreme ve ölüm sürecinde başka yerlerden gelen kaynakları tüketir ve rekabet eder Bu, mikrobiyal ekosisteme akan besinlerin sürecini temsil eder. Chicago Üniversitesi'nde teorik bir ekolojist olan Stefano Alisina şöyle açıkladı: Bu bakterinin bu karbon kaynağında daha iyi büyüdüğünü, ancak başka bir karbon kaynağında daha da kötüleştiğini hayal edebilirsiniz, bu nedenle tercih ediyor İlkinde, besin girişi ve ölüm oranının değeri, ekosistemi stabilize etmektir. Organizmalar sadece dış kaynaklarla değil, birbirlerinin yan ürünleriyle de beslenirler ve bu bağımlılığın çok farkındadırlar. Beklendiği gibi, karşılıklı fayda süreci eşitse karşılıklı yarar sistem üzerinde istikrarsız bir etkiye sahiptir.
Ortakların ödediği miktar geri dönüşe eşittir; bu durumda sistem yeniden istikrar kazanır. Bu bulgu ilginçtir çünkü önceki çalışmalarda, iki taraf arasındaki eşit olmayan çıkarların karşılıklılığı genellikle daha istikrarlı kabul edilir ve iki türün genişlemesini çıldırtmaz. Karşılıklılığın mükemmel dengesi, karşılıklılığın istikrarsızlığına karşı bir sertlik gibi görünüyor. Ancak araştırmacılar, çeşitlendirilmiş, istikrarlı ve karşılıklı yarar sağlayan bir grubun sürdürülebileceği özel bir durum buldular, ancak bu etkileşimli davranışın çok katı gereksinimleri var. 2015 yılında Science'ta yayınlanan bir makalede, mikrobiyal topluluktaki bakteriler arasındaki şiddetli rekabetin, sistemi aşabilecek herhangi bir türü kontrol eden, dengeleyici bir güç olabileceğine işaret edildi.
Ancak, Audwyer ve Battelle tarafından yaratılan dengeli ortakyaşam olasılığı, böyle bir biyolojik senaryonun çok ilginç hale gelip gelmeyeceği göz ardı edilmedi. Aslında, O'Dwyer ve meslektaşları modeli ayarlamak için gerçek hayat verilerini kullanmak istedi. Bağırsak mikrobiyal topluluğunu, birkaç ay veya yıl sonra insan dışkı örneklerinden çıkarmak, bu mikropların yeme alışkanlıklarını gözlemlemeye yardımcı olabilir ve böylece modelin gerçek aktivite parametresi aralığını azaltabilir. Aynı zamanda, büyük ölçekli mikrobiyal toplulukların modelleme çalışmaları birçok araştırmacının ilgisini çekmeye devam ediyor. Biyologlar deneyler yaptığında, birçok bakteri birlikte yaşar, rekabet eder ve birbirine bağımlıdır. Ne bekleyebilirler?
Şu anda, boş hipotez nadirdir. "Doğa Ekolojisi ve Evrimi" nde yayınlanan bir makalede araştırmacılar bir soru sordu: Yemyeşil, besin açısından zengin bir petri kabına yüzlerce farklı bakteri örneği nasıl atılır? Çin'de ne olacak? Böyle bir senaryoyu simüle ederken, birçok türün neslinin tükeneceği, ancak sonunda istikrarlı bir ekosistemin oluşacağı; türler nasıl birbirine bağlı olursa olsun, istikrarlı kalacakları bulundu. Araştırmacılar, teorik çalışmanın sonunda laboratuvar çalışmasının ilerlemesine yardımcı olacağını umuyorlar. Araştırmacılar, standart bağırsak florasının bir petri kabında nasıl hareket ettiğini daha iyi anlayabilirlerse, bu daha ince ve pratik teorilere yol açabilir. Ekosistem modellemesinin en basit klasik biçiminde, doğada görülen gerçek durum hiçbir zaman ortaya çıkmaz; tüm bu yeni modeller arasından hangisinin gerçeğe en yakın olduğunu sorabilirler.
Boke Park-Science Popularization Referans Dergiler: "Nature Communications", "science", "Nature Ecology and Evolution" Metin: Veronique Greenwood / Quanta dergisi / Quanta Haber Bülteni
DOI: 10.1038 / s41467-018-05308-z
DOI: doi.org/10.1038/s41559-018-0603-6
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
