Înțelegerea coexistenței speciilor prin matematică

Cum fac cuplurile totul. Credit: Erida Gjini

Cercetătorii propun un nou model pentru colonizarea gazdei de către diferite specii microbiene, oferind progrese fundamentale pentru înțelegerea biodiversității.

Modul în care este produsă și menținută biodiversitatea sunt întrebări centrale în știință, care devin din ce în ce mai importante pentru calitatea vieții noastre. Cum coexistă specii similare într-un sistem? Care vor domina sau vor fi interzise? Va ceda sistemul invaziei din exterior? Putem prezice această dinamică interactivă în sisteme cu multe specii diferite? Simulările și metodele statistice sunt de obicei adoptate pentru a răspunde la aceste întrebări, dar predicțiile limitate pe care le oferă au determinat-o pe Erida Gjini, cercetător principal la Instituto Gulbenkian de Ciência, în colaborare cu Sten Madec, de la Universitatea din Tours, Franța, să exploreze matematic mai profund. direcționează și dezvăluie regulile generale care descriu astfel de sisteme.

Ambii cercetători au folosit sistemul de transfer al microbilor între gazde ca bază a studiului lor teoretic. În acest tip de sistem, fiecare specie colonizatoare gazdă poate modifica mediul local și o poate face mai bună sau mai rea pentru o altă specie să co-colonizeze. Dacă este îmbunătățit, este descris ca facilitare în perechi; dacă este agravată, reflectă concurența în perechi. Acest studiu propune un cadru care abordează care este rezultatul final într-o rețea de mai multe interacțiuni în perechi și modul în care membrii săi se „concep” reciproc în coexistență.

„La început nu am știut cum concurența pereche sau facilitarea dintre toți membrii care interacționează s-au tradus în dinamica globală a sistemului. Aveam de-a face cu multe ecuații și numărul lor a crescut în mod cvadrat cu numărul de specii pe care le-am considerat în modelul nostru. De exemplu, pentru 10 specii am avea peste 100 de ecuații de rezolvat ”, spune Erida Gjini. Tehnica matematică de separare a scării în timp a oferit un avantaj aici, deoarece permite separarea variabilelor cu schimbare mai rapidă de cele cu schimbare mai lentă.

„Datorită acestei metode am dezvăluit o ecuație simplă aparținând familiei de ecuații de simulare (utilizată pe scară largă în teoria jocurilor evolutive), care guvernează dinamica frecvenței între specii în modelul nostru. Acest tip de ecuații transmit esența competiției dintre mai multe strategii într-un joc multiplayer și modul în care succesul lor se schimbă în timp. În mod uimitor, îl găsim aici, ieșind din matricea interacțiunii „sociale”, explică Erida Gjini. Cu aceste rezultate, devine clar că dinamica globală a sistemului poate fi prezisă în totalitate din tipul și calitatea interacțiunilor de pereche.

„Credem că acest lucru va schimba modul în care oamenii studiază comunități multi-tip, dincolo de epidemiologie, care a fost motivația inițială pentru această lucrare. La un nivel mai de bază, limbajul matematic al acestei lucrări transmite în cele din urmă că nu trăim singuri, ci sunt încorporați într-o rețea de interdependențe cu ceilalți, unde succesul individual depinde de relații de proximitate, dar și asupra contextului global emergent. Acest cadru aduce beneficii analitice și de calcul pentru studiul și interpretarea sistemelor de interacțiune de înaltă dimensiune, în special în ceea ce privește stabilitatea și evoluția acestora, stabilind colonizarea ca o cale importantă pentru coexistență și biodiversitate.

Referință: „Predicting N-Stress Coexistence from Co-colonization Interactions: Epidemiology Meets Ecology and the Duplication Equation” de Sten Madec și Erida Gjini, 29 octombrie 2020, Buletinul de biologie matematică.
DOI: 10.1007 / a11538-020-00816-w

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.