Физичари решавају парадокс борбе против биолошке разноликости: "Убиј победника"

Екосистеми напредују када постоји обиље организама способних за обављање јединствених функција и попуњавање различитих ниша. Основна слика овога би била како биљке користе сунчеву свјетлост и воду и храњиве твари за раст, биљоједи једу биљке, месождери једу биљоједе, а гљиве распадну све мртве твари натраг у храњиве твари које биљке користе. Неки организми обављају исту функцију, попут конзумирања истог плијена, и директно се такмиче једни против других за ту улогу. Научници описују ово богатство врста као „биодиверзитет“, али су се увијек борили да потпуно схвате његову комплексност и помире неке парадоксалне ефекте биодиверзитета.

Једно од ових главних питања је оно што је познато као парадокс разноликости: Зашто једна супериорна врста не надмашује све своје биолошке сусједе и доводи их до изумирања. Научници би коначно могли имати рјешење за ову загонетку. У раду објављеном 28. децембра у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс Професор физике Нигел Голденфиелд, Пх.Д. и његов постдипломац Цхи Ксуе, како у Царл Р. Воесе Институту за геномску биологију на Универзитету Иллиноис у Урбана-Цхампаигн, истражује парадокс разноликости кроз расу микробних пријетњи.

Користећи пример вируса који се боре за бактерије, Голденфиелд и Ксуе показују како се грабежљивац и плијен такмиче да се међусобно надмећу. Бактерије развијају боље одбране да издрже вирусни напад, а вируси развију начине да превазиђу те одбране. Што се вирус боље прилагођава као грабежљивац, вјероватније је да ће уништити свој плијен - и самим тим. Овај феномен се зове "Убиј побједника", а Голденфиелд и Ксуе кажу да би то могло разријешити парадокс разноликости.

Предатори и њихов плен су веома слични Виле Е. Цоиоте и Роад Руннеру: Они су увек у трци за оружјем да би видели ко може да надмудри другог, али они такође живе у некој врсти хармоније. Ако Виле Е. Цоиоте постави замку, тркач трчи другачији пут да га избегне. Онда Виле Е. Цоиоте може да постави две замке, једну на главној рути и једну на обиласку. Али шта ако успе? Кога је остало да се храни?

Да је Виле Е. Цоиоте заправо био успешан грабежљивац, возио би и саму себе и Роад Руннер до изумирања. Ова динамика је она коју је Голденфиелд испитивао у односу вирус-бактерија, узимајући у обзир факторе као што је случајни раст популације. Он и Ксуе су развили такозвани стохастички модел који покушава да ухвати неке од случајности природе како би компјутерска симулација била реалнија.

Користећи пример морске биологије планктона, који се састоји од бактерија, алги, протозоа и других микроорганизама, Голденфиелд и Ксуе показују како вируси држе конкурентске чланове заједнице под контролом. Укратко, они тврде да не постоји "стабилно стање" за еколошку заједницу и да је увијек у промјенама. На пример, како једна врста протозоа расте у популацији, вирус специфичан за домаћина има више плена. Према томе, популација те протозоанске врсте се враћа назад, остављајући више ресурса за свог сусједа бактерије, који тада доживљава сличан бум и буст са својим вирусом специфичним за домаћина.

Према томе, привидни баланс у таквом систему је делом резултат конкуренције - екологије - и делом резултат генетске варијације која омогућава једној врсти да надмудри своје предаторе - еволуцију.

"Наши резултати снажно указују на то да разноликост одражава динамичну интеракцију између еколошких и еволутивних процеса, и покреће се тиме колико је систем из равнотежног еколошког стања (као што се може квантификовати одступањима од детаљне равнотеже)", пишу Голденфиелд и Ксуе.

Њихов модел, који називају Цоеволвинг Килл модел побједника, не рачуна само за екологију већ и еволуцију, и кажу да је много холистичкији од претходних модела који само рачунају на кориштење ресурса.

“Унутар бактеријске заједнице, различити сојеви имају различите стопе раста. Они коегзистирају, без доминирајућих победника, због специфичних вируса који контролишу одговарајуће сојеве. Ово резултира у два слоја коегзистенције кроз КтВ динамику (коегзистенција бактерија-планктона и коегзистенција бактеријског соја), одмарана као руске лутке."

Да ли је то савршено решење? Никако. Ниједан компјутерски модел не може обухватити сву сложеност природног система. Али ова се клади много ближе него претходни напори.