Математична модель пояснює парадокс планктону

Двоє дослідників, один з Центру вивчення живих організмів у Сімонсі, в Індії, а інший з Університету штату Іллінойс у США, побудували математичну модель, що пояснює парадокс планктону.

У своїй статті, опублікованій в журналі Physical Review Letters, Акшит Гоял і Сергій Маслов описують свою модель і також розповідають про те, наскільки добре вона відображає фактичні спільноти бактерій.

Як зазначають дослідники, протягом багатьох років біологи задавалися питанням, як таке можливо, що спільноти бактерій можуть бути настільки різноманітними і все ж таки бути настільки стабільними.

У більшості таких спільнот популяція бактерій повинна зростати експоненційно, що призведе в підсумку до вимирання бактеріального співтовариства, але цього не відбувається. Замість цього спільнота залишається стабільною. Це явище стало відомо як парадокс планктону.

Одна з провідних теорій, що пояснюють парадокс, заснована на двох основних ідеях: перша полягає в тому, що деякі з бактерій споживають відходи іншого виду. Друга полягає в тому, що потенційні нові члени спільноти можуть виживати тільки шляхом заповнення ніші, не зайнятої іншими, або, краще використовувати ресурси при заповненні цієї ніші. У цій новій роботі дослідники створили математичну модель для моделювання цієї теорії.

Щоб створити модель, дослідники почали з деяких основних «правил» для своєї теоретичної спільноти. Кожен учасник споживає тільки один тип ресурсів, а його споживання призводить до отримання рівно двох нових ресурсів. Дослідники також припустили, що будь-які нові члени спільноти можуть виживати тільки в разі відкритої ніші або краще використовувати ресурс, ніж поточний учасник.

Використовуючи модель для створення комп'ютерного моделювання, дослідники виявили, що їх прості правила призвели до створення віртуального співтовариства, яке, як і реальні спільноти бактерій, було і різноманітним, і стабільним, і фактично ставало все більш стабільним у міру того, як організми ставали більш різноманітними.

Вони відзначили, що на ранніх стадіях розвитку спільноти іноді виникали лавини вимирань, в ході яких новий, більш ефективний вид закріплювався, в результаті чого існуючі види відмирали, що призводило до відмирання тих види, які харчуються їх відходами і так далі.

Але після часу спільнота стала більш стабільною, і лавини вимирання стали менш поширеними. Дослідники також зазначили, що їхня модель пояснює, чому дві спільноти в ідеальних умовах можуть розвиватися по-різному один від одного - все залежить від історії складу учасників.