1960 년 미국 자연 주의자 협회 회의에서 유명한 영국 생태 학자 G. Evelyn Hutchinson은 자신이“플랑크톤의 역설”이라고 불렀습니다. 해수 플라스크를보십시오. 그것은 다양한 종의 플랑크톤으로 가득 차 있으며, 모두 동일한 중요한 요소와 영양소를 놓고 경쟁합니다. 그러나 자연 선택은 시간이 지남에 따라 한 종만이 경쟁적 배제로 알려진 개념 인 생태 학적 틈새 시장을 점유해야한다는 것을 의미합니다. 그리고 플랑크톤의 사실은 많은 원생 동물, 식물, 조류, 생선 및 기타 유기체에서도 사실 인 것 같습니다. 생태계는 어떻게 일상적으로 안정적으로 공존하는 많은 경쟁 종을 가질 수 있습니까?
생태 학자들은 그 이후 로이 맹렬한 역설에 대해 화를 냈지만, 일반적으로“KILL THE WINNER”(KTW) 가설로 알려진 솔루션에서 편안함을 얻었습니다. 그것은 종종 종에 특이적인 생태계의 포식자-프리 관계에 달려 있습니다. 한 종이 경쟁 업체를 강요하기 시작하면서 인구가 증가하면 더 많은 포식자도 번영 할 수 있습니다. 포식은 결국 먹이의 수를 다시 다시 내려 놓습니다 (따라서 승자를 죽입니다). 경쟁과 포식의 조합은 몇몇 라이벌 종 집단이 평형에서 공존 할 수있게한다. KTW 가설은 생물 다양성에 대한 많은 생태 학자들의 설명이되었습니다.
NASA 우주 생물학 연구소 (NASA Astrobiology Institute for Universal Biology Institute)의 이사 인 Nigel Goldenfeld와 Carl R. Woese Genomic Biology 연구소의 대학원생 인 Chi Xue는 2015 년 KTW 아이디어를 더 자세히 살펴보기 시작했을 때, 그들은 그것을 날려 버리지 않았습니다. 오히려 그들은 우주 전체에서 어떤 삶과 생태계의 기능이 어디에나 있을지 탐구하고있었습니다. 다양성은 좋은 후보처럼 보였습니다. Xue는“지구상의 다른 고립 된 생태계를 보면 모든 곳에서 다양성이 보입니다. 그들은 그 다양성을 창조하고 유지할 수있는 것이 무엇인지, 그리고 그것이 다른 행성에서 관련이 있는지 여부에 대해 궁금했습니다.
그러나 그들은 KTW 아이디어를 검증하기 위해 전통적으로 모델에서 사용 된 계산에서 비현실적인 결함을 발견했습니다.“개인이 존재하지 않는 것처럼 인구를 설명했습니다. Goldenfeld는 이메일로 설명했습니다. 이러한 모델은 단순한 분수의 개인을 급락 한 후에도 인구가 반등 할 수 있었기 때문에 발생할 수있는 멸종의 양을 과소 평가했습니다. (Goldenfeld와 Xue는 실제 세계의 한계가 부과하는 수학적으로 임의의 불연속을 반영하지 않기 때문에이 문제를“확률 적 소음”의 부족으로 지칭합니다.)
.Xue와 Goldenfeld는 모델을보다 현실적으로 다시 만들기로 결정했습니다. Xue는“우리는 KTW 아이디어가 실패 할 것으로 기대하지 않았습니다. "우리는 소음을 추가하면 다른 것이 있는지보고 싶었습니다."
그들이 최근에 물리 검토 편지에서 묘사 한 결과 , 치명적이었습니다. 생물 다양성과 종의 공존은 단지 떨어지지 않았습니다. 그들은 사라졌다. Xue는“기본적으로 모든 종은 멸종되었습니다. 반복적 인 시험에서, 변동하는 먹이 인구는 계속 0으로 떨어졌고, 포식자들은 음식 부족으로 멸종되었습니다. 때때로 시스템은 지속 된 단일 쌍의 포식자와 먹이 종으로 이루어졌지만, 그 배열조차도 항상 안정적 인 것은 아닙니다. 자연에서 발견되는 종이 풍부한 다양성의 종류는 볼 수 없었습니다.
그러나 Xue와 Goldenfeld는 이전 시뮬레이션이 빠진 다른 것을 포함시키기 위해 한 걸음 더 나아갔습니다. 그들은 먹이 종들이 포식자를 피하고 포식자가 먹이를 잡는 데 더 나은 것을 더 잘할 수 있도록 허용했습니다.
그 뒤에는 Prey와 Predators의 확대 된 능력이 동시에 진화함에 따라 무기 경쟁이 있었으며, 모든 차이를 만들었습니다. 이 경쟁은 시스템에 더 많은 종 다양성을 추가 한 반면 KTW 효과는 한 종의 종을 인수하지 못했습니다. 시뮬레이션의 생물 다양성은 번성했습니다.
Xue와 Goldenfeld는 유전체학의 증거가 자연에서도 발생한다는 증거를 봅니다. Xue는“박테리아를보고 더 빨리 진화하는 게놈 영역을 찾을 때 바이러스 저항성과 관련된 영역입니다. 그들의 공동 ktw 모델에서 알 수 있듯이, 바이러스에 저항하는 선택 압력은 다른 압력을 초과하는 것 같습니다. 예를 들어 다른 박테리아와 더 잘 경쟁하는 것과 같습니다.
그럼에도 불구하고, 그것은 결정적인 증거가 아니며, 연구원들은 그들의 결론이 얼마나 일반화 될 수 있는지 더 조사 할 계획입니다. 그들은 포식자가 먹이에 대해 덜 구체적 일 때 어떤 일이 일어나는지보고 싶어합니다. Goldenfeld에 따르면 또 다른 고려 사항은 박테리아 및 다른 세포를 죽이는 것 외에도 바이러스가 때때로 유전자를 교환한다는 것입니다. 그는“유전자의 포식자이자 택시 운전사로서”이 이중 역할을 생태계의 진화와 안정성에 중대한 영향을 미칠 수 있다고 말했다.
또한 Covolving KTW 모델이 모든 유형의 수명에 똑같이 적용되는지 여부는 확실하지 않습니다. “원칙적으로 포식자와 먹이 사이의 이러한 상호 작용은 미생물에만 국한되지 않습니다. Hare와 Fox 사이의 모든 곳에 있습니다.”라고 Xue는 말했습니다. 그러나 그녀는 또한 그들의 모델이 진화론 적 변화 (돌연변이와 같은)와 생태 학적 변화 (유기체의 출생과 죽음과 같은)가 같은시기와 거의 같은 빈도로 발생한다고 가정했다. "이것은 실제로 여우와 토끼와 같은 종의 경우는 아니지만 미생물에서 일반적입니다."
남부 캘리포니아 대학교의 생물 과학 교수 인 제드 푸르 만 (Jed Fuhrman)에 따르면, 모델링 접근법은 일반적으로 유용 할 수 있지만 신중하게 해석되어야합니다. "일부 가정과 측면은 다른 가정보다 복잡한 자연 시스템에 더 직접적으로 적용 할 수 있습니다." 그는 미생물 공동체조차도 다양한 생존 전략을 사용하기 때문에“모델은 다른 사람들보다 지역 사회의 일부에 적용될 수있다”고 말했다.
그러나 Covolving KTW 모델이 광범위하게 적용되는 것으로 판명되면 Goldenfeld에 따르면“생태계에서 다양한 인구를 얻는 매우 일반적인 방법이 있으며 단일 문화가 규칙이 아니라 예외입니다.” 삶이 진화하는 곳마다 다른 행성과 달에서도 복잡한 생태계로 다각화 할 것으로 기대해야합니다. 그는 자신의 실험실 작업에 대한 미래의 방향 중 하나는 다양한 유기체에서“커뮤니티 대사가 어떻게 나타나는지”에 관한 것이며, 각각의 공유 환경에서 다양한 방식으로 가공 된 재료가 다른 방식으로 공유 된 환경에서 이루어질 것이라고 말했다.
.예를 들어, 그 아이디어는 우주 과학자들과 관련이있을 수 있습니다. 예를 들어, 미래의 탐사선을 보내서 목성의 달 유로파와 토성의 달 enceladus를 덮는 얼음 아래 바다에서 생명의 흔적을 찾을 때. 삶이 있다면, 그들은 단일 유기체가 아니라 전체 생태계의 생화학 적 서명을 볼 것으로 예상 될 것입니다.
NASA의 제트 추진 실험실의 부사 과학자 인 케빈 피터 핸드 (Kevin Peter Hand)에 따르면, 화성, 유로파, 엔셀라두스 및 기타 의심스러운 피난처에 대한 탐사선을 위해 개발 된 계측은 이미 생태계와 관련이 크게 관련된 징조를 찾고 있습니다. 그는 자신이 작업하고있는 유로파 랜더 미션 개념은“유기 화합물의 복잡성과 키랄성과 같은 개별 생물학적 종에 대한 적어도 9 가지, 고도로 보완적인 측정을 포착하도록 설계되었다고 말했다.
그러나 천체 학자들이 생명이 존재하는지에 대한 문제를 지나서 외계인 생태계의 역학이 지구의 역학과 얼마나 밀접하게 닮았는지 검토하는 데 진보 할 수 있다면 플랑크톤의 역설에 대한 해결책을 아는 것이 중요 할 수있다.
