物理学者は生物多様性の腕 - レースのパラドックスを解決する： "勝者を殺す"

エコシステムは、独自の機能を実行し、さまざまなニッチを埋めることができる豊富な生物があるときに繁栄します。これの基本的な絵は、植物がどのように日光と水と栄養素を使って成長し、草食動物が植物を食べ、肉食動物が草食動物を食べ、そして菌類が植物が使う栄養素に分解されるかです。同じ獲物を食べるのと同じように同じ機能を実行し、直接この役割を競い合う生物もあります。科学者たちは、この種の豊かさを「生物多様性」と表現していますが、その複雑さを十分に理解し、生物多様性の逆説的な影響を調整するために常に努力してきました。

これらの主な問題の1つは、多様性パラドックスとして知られているものです。なぜ、1つの優れた種がその近隣生物のすべてを凌駕して絶滅に追いやらないのか。科学者たちはついにこの謎を解決するかもしれません。 12月28日ジャーナルに掲載された論文 フィジカルレビューレター 物理学教授ナイジェルゴールデンフィールド、博士。イリノイ大学アーバナシャンペーン校のカールR.ウーゼゲノム生物学研究所の大学院生Chi Xueと彼の大学院生であるChi Xueは、微生物の脅威の多様性による多様性のパラドックスを調査しています。

GoldenfieldとXueは、バクテリアを餌にするウイルスの例を使って、捕食者と餌がどのようにして互いに勝ち残っていくかを示しています。バクテリアはウイルスの攻撃に耐えるためにより良い防御を進化させ、そしてウイルスはそれらの防御を克服する方法を開発する。ウイルスが捕食者として適応するのに適しているほど、その獲物を撲滅する可能性が高くなります。この現象は「勝者を殺す」と呼ばれ、ゴールデンフィールドとシュエはそれが多様性のパラドックスを解決することができると言います。

捕食者と彼らの獲物は、Wile E. CoyoteとRoad Runnerによく似ています。彼らは、誰が相手を圧倒することができるかを見るために常に競争していますが、ある種の調和の中で生きています。 Wile E. Coyoteが罠を仕掛けた場合、ロードランナーはそれを避けるために別のルートをたどります。その後、Wile E. Coyoteは2本の罠を設定します。1本はメインルートに、もう1本は迂回路にあります。しかし、それが成功したらどうなりますか？誰が餌食にする余地はありますか？

もしWile E. Coyoteが実際に成功した捕食者であれば、それは両方を推進するでしょう そして 絶滅への道のランナー。この動態はGoldenfieldがウイルスとバクテリアの関係で調べたもので、ランダムな人口増加のような要因を考慮しています。彼とXueは、コンピューターシミュレーションをより現実的にするために、自然のランダム性のいくつかを捉えようとする、いわゆる確率モデルを開発しました。

細菌、藻類、原生動物、およびその他の微生物で構成されるプランクトンの海洋生物学の例を使用して、GoldenfieldとXueはウイルスがコミュニティの競合するメンバーを制御下に置く方法を示します。要するに、彼らは、生態学的コミュニティにとって「定常状態」のようなものは存在せず、それは常に流動的であると主張している。例えば、1つの原生動物種が集団で成長するにつれて、その宿主特異的ウイルスはより多くの餌を食べます。したがって、その原生動物種の個体数は減少し、その細菌の近隣にはより多くの資源が残され、その細菌はその後、同様のブームを経験し、その宿主特異的ウイルスで破裂します。

したがって、そのようなシステムにおける見かけのバランスは、部分的には競争の結果 - 生態学 - そして部分的には1つの種がその捕食者を凌駕することを可能にする遺伝的変異の結果 - 進化である。

「我々の結果は、多様性は生態学的プロセスと進化的プロセスとの間の動的相互作用を反映しており、システムが均衡生態学的状態からどれほど離れているかによって動かされることを強く示唆している」とゴールデンフィールドとシュエは書いている。

彼らがCoevolving KillをWinnerモデルと呼ぶモデルは、エコロジーだけでなく進化も説明しており、リソース使用のみを説明している以前のモデルよりもはるかに包括的であると彼らは言っています。

「細菌集団の内部では、異なる菌株は異なる成長率を示します。対応する株を制御する宿主特異的ウイルスのために、それらは優勢な勝者と共存しない。これはKtWダイナミクスによる2層の共存（バクテリア - プランクトン共存とバクテリア株共存）をもたらし、ロシア人形のように休んだ。

それは完璧な解決策ですか？決してそうではありません。自然のシステムの複雑さをすべて捉えることができるコンピューターモデルはありません。しかし、これは以前の取り組みよりもずっと近い。