Spectacolul Fizicienii al studentilor AMTAP(7)
Ecosistemele se dezvoltă atunci când există o abundență de organisme capabile să efectueze funcții unice și să umple nișe diferite. O imagine rudimentară a acestui fapt ar fi modul în care plantele folosesc lumina soarelui și apa și substanțele nutritive pentru a crește, iar ierbivorele mănâncă plantele, carnivorele mănâncă erbivorele și fungiile descompun toate materiile moarte în nutrienți pentru a le folosi plantele. Unele organisme îndeplinesc aceeași funcție, cum ar fi consumarea aceleiași pradă și concurează direct între ele pentru acest rol. Oamenii de știință descriu această bogăție de specii drept "biodiversitate", dar s-au străduit întotdeauna să înțeleagă complexitatea sa și să reconcilieze unele dintre efectele paradoxale ale biodiversității.
Una dintre aceste întrebări majore este ceea ce este cunoscut ca paradoxul diversității: De ce o specie superioară nu-și înconjoară toți vecinii biologici și îi conduce la dispariție. Oamenii de știință ar putea avea în cele din urmă o soluție la această ghicitoare. Într-o lucrare publicată în 28 decembrie în jurnal Scrisori de examinare fizică, profesor de fizica Nigel Goldenfield, Ph.D. și studentul său absolvent, Chi Xue, ambii la Institutul Carol R. Woese pentru Biologie Genomică de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign, investighează paradoxul diversității printr-o rasă de arme de amenințări microbiene.
Folosind exemplul de viruși care pătrund pe bacterii, Goldenfield și Xue arată cum prădătorul și pradă concurează pentru a-și extinde unii pe alții. Bacteriile dezvoltă o apărare mai bună pentru a rezista atacului viral, iar virușii dezvoltă modalități de a depăși aceste defecțiuni. Cu cât este mai bine ca virusul să se adapteze ca un prădător, cu atât este mai probabil să-și decimeze pradă - și, prin urmare, el însuși. Acest fenomen este numit "Kill the Winner", iar Goldenfield și Xue spun că ar putea rezolva paradoxul diversității.
Predicatorii și prada lor sunt foarte asemănătoare cu Wile E. Coyote și Runnerul de drum: Întotdeauna se află într-o cursă pentru a vedea cine poate depăși pe celălalt, dar ei trăiesc într-un fel de armonie. Dacă Wile E. Coyote stabilește o capcană, Runner-ul rutier are un traseu diferit pentru a-l evita. Apoi, Wile E. Coyote ar fi putut seta două capcane, unul pe ruta principală și unul pe ocol. Dar dacă se va reuși? Cine este lăsat acolo să se hrănească?
Dacă Wile E. Coyote era de fapt un prădător de succes, ar fi condus și el însuși și Road Runner-ul la dispariție. Această dinamică este una pe care Goldenfield a examinat-o în relația virus-bacterie, luând în considerare factori precum creșterea aleatorie a populației. El și Xue au dezvoltat un așa-numit model stochastic care încearcă să surprindă unele dintre alegerile naturii pentru a face o simulare pe calculator mai realistă.
Folosind exemplul biologic marin al planctonului, care este compus din bacterii, alge, protozoare si alte microorganisme, Goldenfield si Xue arata cum virupele pastreaza membrii concurenti ai unei comunitati sub control. Pe scurt, ei susțin că nu există un "echilibru" pentru o comunitate ecologică și că este întotdeauna în flux. De exemplu, pe măsură ce o specie protozoană crește în populație, virusul său specific gazdei are mai multă pradă. Prin urmare, populația acelei specii de protozoare se întoarce în jos, lăsând mai multe resurse pentru vecinul său de bacterii, care apoi se confruntă cu un boom și bust similar cu virusul său specific gazdei.
Prin urmare, echilibrul aparent într-un astfel de sistem este parțial rezultatul concurenței - ecologiei - și parțial rezultatul variațiilor genetice care permit unei specii să-și depășească prădătorii - evoluția.
"Rezultatele noastre sugerează că diversitatea reflectă interacțiunea dinamică dintre procesele ecologice și evolutive și este condusă de cât de departe este sistemul dintr-o stare ecologică echilibrată (cum ar putea fi cuantificată prin abateri de la un echilibru detaliat)", scrie Goldenfield și Xue.
Modelul lor, pe care îl numesc modelul Coevolving Kill the Winner, se referă nu doar la ecologie, ci și la evoluție, și spun că este mult mai holistic decât modelele anterioare care reprezintă doar utilizarea resurselor.
"În interiorul comunității bacteriene, tulpini diferite au rate de creștere distincte. Ei coexistă, fără câștigători dominanți, datorită virusurilor specifice gazdei care controlează tulpinile corespunzătoare. Acest lucru are ca rezultat două straturi de coexistență prin dinamica KtW (coexistența bacterii-plancton și coexistența tulpinilor bacteriene), odihnindu-se ca păpușile rusești ".
Este o soluție perfectă? În nici un caz. Niciun model de computer nu poate capta toată complexitatea unui sistem natural. Dar aceasta se mulează mult mai mult decât eforturile anterioare.
Noua teorie a conștiinței umane rezolvă paradoxul lui Zeno, posedă viața este un film
Un nou studiu din cadrul Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne pune o idee foarte interesantă despre conștiința umană: Mai degrabă decât să trăim în mod continuu în lume, oamenii trebuie să respecte momentele discrete care trec peste un ritm ușor variabil. Cea mai bună metaforă pentru viață, dacă meta-studiul revoluționar dovedește o ...
Câștigătorul Premiului pentru Câștigătorul Mileniului continuă să distrugă linia dintre știință și tehnică
Cercetarea lui Frances Arnold a lansat un domeniu cunoscut acum sub numele de "evoluție dirijată", care se bazează pe dezvoltarea unor enzime biologice mai bune, este evident științifică, dar experții în industria tehnologică și-au îmbrățișat munca ca și ei. D. și inginer biochimic la Cal Tech, a câștigat ...
Câștigătorul Nobel retrage hârtie proprie în "Definitiv jenant" Fail
Premiul Nobel, Jack Szostak, a fost printre autorii unei lucrări din 2016 care a solicitat retragerea din revista Nature Chemistry după o replicare eșuată.