En matematisk model til at forklare planktons paradoks

Et par forskere, et med The Simons Center for Study of Living Machines i Indien, den anden med University of Illinois i USA, har bygget en model til at forklare et paradoks af plankton. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , Akshit Goyal og Sergei Maslov beskriver deres model, og hvor godt de mener, den skildrer faktiske bakteriesamfund.

Som forskerne bemærker, i mange år, biologer har spekuleret over, hvordan det er, at bakteriesamfund kan være så forskellige og alligevel så stabile. I de fleste sådanne samfund, mange af befolkningerne bør vokse eksponentielt, hvilket ville bringe et bakteriesamfund ud af balance-men det sker ikke. I stedet, samfundet forbliver stabilt. Dette fænomen er kendt for at være planktons paradoks. En af de førende teorier om at forklare paradokset er baseret på to hovedideer - den ene er, at nogle af bakterierne forbruger affaldsstoffer fra en anden art. Den anden er, at potentielle nye medlemmer af et samfund kun kan overleve ved at fylde en niche, der ikke er besat af andre, eller ved bedre at fylde den niche. I denne nye indsats, forskerne skabte en matematisk model for at simulere denne teori.

For at oprette modellen, forskerne startede med nogle grundlæggende "regler" for deres teoretiske fællesskab. Hvert medlem bruger kun nogensinde en type ressource, og forbruge det medfører produktion af præcis to nye ressourcer. Parret antog også, at eventuelle nye medlemmer kun kunne overleve, hvis der var en åben niche, eller hvis de var bedre til at udnytte en ressource end et nuværende medlem.

Ved brug af modellen til at oprette en computersimulering, forskerne fandt ud af, at deres enkle regler førte til et virtuelt fællesskab, der, ligesom virkelige bakteriesamfund, var både mangfoldig og stabil, og blev faktisk stadig mere stabil, efterhånden som organismerne blev mere forskelligartede. De bemærkede, at i de tidlige stadier af samfundsudvikling, nogle gange forekom laviner af dødsfald, hvorunder en ny, mere effektive arter fik fodfæste, får eksisterende medlemmer af en art til at dø, hvilket resulterede i en dødsfald af de arter, der fodrede med dets affald, og så videre. Men som tiden gik og et samfund blev mere stabilt, laviner blev mindre almindelige. Forskerne bemærkede også, at deres model forklarer, hvorfor to fællesskaber under ideelle forhold kan udvikle sig så forskelligt fra hinanden - det hele afhænger af historien om nyt medlemskab.

© 2018 Phys.org