열대 우림의 아름다운 외관 뒤에, 사바나 또는 온화한 호수는 컨테스트와 파트너십을 갖춘 세계입니다. 종은 우주와 경쟁하고, 자원을 위해 서로 소비하고, 서로의 재능을 활용하고, 영양소의 거래를 중개하고 있습니다. 하지만이 사진에는 재미있는 것이 있습니다. 생태 학자들이 수학을 사용하여 생태계를 모델링하려고 할 때, 그들은 종들 사이에 더 많은 상호 작용이있을수록 시스템이 더 불안정하다는 것을 발견하는 경향이 있습니다. 간단한 생태계 모델이 안정되기 위해서는 종들 사이의 모든 상호 작용이 완벽한 조화에 있어야합니다. 그러나 결합 된 종의 수와 상호 작용의 강점이 상승함에 따라 균형 행동을 유지하는 것은 훨씬 더 어려워집니다. 한 커플에 대한 교란이나 불균형은 네트워크 전체에 걸쳐 혼란을 겪고 있습니다.
상호주의, 종이 서로의 생존에 직접 기여하는 관계를 가져오고 실제로 손잡이에서 날아갈 수 있습니다. 서로 사는 유기체 쌍은 때때로 수학 시뮬레이션에서 때때로, 극단적 인 경우에 기하 급수적으로 번성하는 것, 로버트 메이 (Robert May), 한때“상호 이익의 난교”라고 불리는 이론적 생태 선구자 - 다른 모든 것이 멸종 될 수 있습니다.
.실제 생태계 가이 유쾌한 것 같지는 않습니다. 자연 통신 의 새로운 논문에서 , 일리노이 대학교의 한 이론 생태 학자 쌍은 상호주의의주고받는 것이 생태계 안정성에 어떻게 영향을 미치는지, 올바른 조건 하에서 어떻게 기여할 수 있는지보다 정확하게 탐구했습니다. 그들의 결과는 실제 커뮤니티가 어떻게 모델이 암시하는 것보다 더 탄력적 인 방법을 제안하는 이전 작업에 합류합니다.
연구원들은 자신의 모델링 연구에서보다 현실적인 결과를 얻기 위해 불일치를 해결하는 방법을 배웠지 만, 그의 이론적 생태 학자이자 일리노이 대학교 (Urbana-Champaign)의 일리노이 (University of Illinois)의 부교수 인 제임스 오드 와이어 (James O'Dwyer)에 따르면, 박사 학위 학생 중 한 명인 스테이시 버틀러 (Stacey Butler)와의 논문을 협조했다. 미생물의 일반적인 커뮤니티가 얼마나 중요한지와 건강에 얼마나 중요한지에 대한 지식이 커지고
"자원 교환이있는 많은 교차 피드 상호 작용을 가진 대규모 미생물 공동체는 많은 상호 상호 작용을 가져야한다"고 그는 말했다. 전통적인 모델에서 이것은 매우 불안정한 시스템을 만들어 낼 것이지만 안정성은 이러한 커뮤니티의 특징으로 간주됩니다. 장내 미생물은 건강 기간 동안 현저하게 안정적이며 변동은 질병과 일치합니다.
그들의 연구를 위해 O'Dwyer와 Butler는 먼저 영양소의 흐름을 미생물 생태계로의 표현하기 위해 다른 곳에서 도착하는 자원을 위해 유기체가 태어나고 번식하고 죽는 모델을 구축했습니다. 연구원들은 유기체가 다른 종류의 자원에 대한 선호도를 지정했습니다. 시카고 대학교의 이론 생태 학자 인 Stefano Allesina는“이 박테리아 가이 탄소원에서는 더 나빠지지만 다른 탄소원에서는 더 나빠질 것이라고 상상할 수 있습니다. 특정 영양소 유입 및 사망률의 경우 안정적인 생태계가 등장했습니다.
그런 다음 O'Dwyer와 Butler는 유기체가 외부 자원뿐만 아니라 서로의 부산물에 공급되도록 지시함으로써 상호주의를 소개했습니다. 그들은 누구에게서 누가 얻었는지에 대해 매우 구체적이었습니다. 예상 한 바와 같이, 상호주의는 시스템에 불안정화 된 영향을 미쳤다. 그러나 중요한 예외는 연구원들이 상호주의가 대칭이어야한다고 명시했다면 - 파트너십의 각 당사자가 동일한 금액을 사용했다면. 이 경우 시스템은 안정성으로 돌아 왔습니다.
Allesina에 따르면이 발견이 흥미로워지는 것은 이전 연구에서 두 당사자가 똑같이 혜택을받지 않은 상호주의가 일반적으로 두 종의 확장을 상당히 격렬하게 주도하지 않기 때문에 더 안정화되는 것으로 생각되었다는 것입니다.
상호주의의 완벽한 균형은 상호주의의 불안정한 영향에 대한 까다 롭고 가능성이 낮은 것처럼 보입니다. “그들은 상호 론적 인 다양한 안정적인 커뮤니티를 유지할 수있는 특별한 사례를 찾습니다. 그러나 현재 보스턴 어린이 병원의 이론 생태학자인 캐서린 Z. 코이테는 말했다. 실제 생태계가 대처할 수있는 더 그럴듯한 방법이있을 수 있습니다. Science 의 2015 년 논문에서 , Coyte와 그녀의 동료들은 미생물 군집에서 박테리아 간의 격렬한 경쟁이 그 자체로 안정화력이 될 수 있으며, 그렇지 않으면 시스템을 과잉으로 할 수있는 종을 점검합니다.
.그럼에도 불구하고, 코이테는 O'Dwyer와 Butler가 모델링 한 균형 잡힌 상호주의의 가능성을 배제하지 않습니다. "이와 같은 생물학적 시나리오가 있는지 보는 것은 흥미로울 것"이라고 그녀는 말했다.
실제로 O'Dwyer와 그의 동료들은 실제 데이터를 사용하여 모델을 조정하려고합니다. 오드 와이어 (O'Dwyer)는 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 사람들의 대변 샘플에서 가져온 장 미생물 군의 종의 스냅 샷은 미생물의 먹이 선택에 대한 자세한 정보와 함께 살펴 보는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 이것은 모델이 현실적으로 작동 할 수있는 매개 변수를 좁히는 데 도움이 될 것입니다.
한편, 대규모 미생물 공동체를 모델링하는 임무는 많은 연구자들의 관심을 끌고 있습니다. 생물 학자들은 많은 박테리아가 함께 살고, 경쟁하고, 자원을 교환하는 실험을 실험 할 때 무엇을 기대해야합니까?
Allesina에 따르면 현재는 귀무 가설이 많지 않습니다. 자연 생태 및 진화의 최근 논문에서 , 그와 그의 공동 작업자들은 예를 들어, 100 개의 다양한 박테리아 샘플을 페트리 접시의 무성하고 잘 제공 된 비행기에 던지고 누가 살아남 았는지 보는 것을 보았을 때 어떤 일이 일어날 지 물었습니다. 그들은 당신이 그러한 시나리오를 모델링 할 때, 많은 종들이 죽지 만 결국 안정적인 생태계가 종종 발생하며, 종들이 서로 어떻게 연결되는지에 관계없이 안정적으로 남아 있습니다.
.그는 그러한 이론적 작업이 결국 실험실에서의 작업을 발전시키는 데 도움이되기를 희망합니다. "사람들은 모델 유기체를 연구함으로써 유전학을 많이 진전시켰다"고 그는 말했다. "실험실에서 여러 번 반복 할 수있는 모델 생태계를 갖는 것이 재미있을 것입니다." 연구자들이 장내 박테리아의 표준 공동체가 접시에서 어떻게 행동했는지 더 잘 이해한다면, 이는 더 미묘하고 유용한 이론으로 이어질 수 있습니다. 자연에서 볼 수있는 것이 가장 간단한 고전적인 생태계 모델링에서 발생하지 않는다는 것을 알면, 연구원들은이 새로운 모델 중 어느 것이 가장 가까운 지 물어볼 수 있습니까?
