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Wissenschaftler haben das Leben mikrobieller Gemeinschaften mathematisch modelliert und erklärt, wie sie es schaffen, gleichzeitig Vielfalt und Stabilität aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Physical Review Letters vorgestellt, und der Vorabdruck des wissenschaftlichen Artikels kann kostenlos auf der Arxiv-Website gelesen werden.
Seit vielen Jahren ist es Biologen nicht gelungen, das Geheimnis der marinen Mikroorganismengemeinschaft zu lüften und zu verstehen, wie vielfältig es sein kann, während es stabil bleibt. Nicht nur einzellige Bewohner von Gewässern können sich solcher Merkmale rühmen, sondern auch mikrobielle Gemeinschaften, die in den Körpern großer Organismen und an anderen Orten leben.
In den meisten dieser Gemeinschaften gibt es „zentrale“Arten, die am stärksten vertreten sind, und „periphere“Arten, die weniger wichtig sind. Sie alle konkurrieren um eine Ressource oder einen begrenzten Bereich von Ressourcen. Nach früheren Berechnungen und früheren Modellen sollte das Wachstum einiger Populationen scharf und exponentiell sein, was das Gleichgewicht der gesamten Gemeinschaft stören kann. Einige Bevölkerungsgruppen, die zahlenmäßig gewinnen, müssen den größten Teil der Ressource einnehmen und anderen nach dem Prinzip der Wettbewerbsausgrenzung Lebensmittel entziehen. In Wirklichkeit passiert dies jedoch nicht und die Gemeinschaft bleibt stabil. Wissenschaftler nennen dies das Planktonparadoxon.
Eine der Haupttheorien, die das Paradoxon erklären, basiert auf zwei Hauptprinzipien. Das erste ist, dass einige Bakterien den Abfall und den Abfall essen, den andere ausscheiden. Ein anderer beruht auf der Tatsache, dass Neulinge in der Gemeinde freie ökologische Nischen wählen oder besser als andere Mitglieder der Gemeinde bestehende besetzen sollten.
Die Forscher erstellten eine mathematische Simulation dieser Theorie, indem sie eine Reihe von Anfangsregeln spezifizierten. Jedes Mitglied der Community konnte nur einen Ressourcentyp verbrauchen, wodurch zwei neue Typen erzeugt wurden. Wissenschaftler schlugen auch vor, dass aufstrebende Mitglieder des Ökosystems nur überleben können, wenn sie eine Nische für sich finden, eine leere besetzen oder lernen, wie sie eine bereits besetzte Ressource besser nutzen können.
Das Modell ermöglichte die Schaffung einer virtuellen Gemeinschaft, in der wie in echten mikrobiellen Gemeinschaften Stabilität und Vielfalt erhalten blieben. Mathematiker stellten fest, dass es in den frühen Stadien der Entwicklung ihres virtuellen Ökosystems manchmal zu allgemeinen „Aussterben“kam, wenn neue Arten, die die Ressource effizienter nutzten, die Macht ergriffen. Dann starben die Arten, die die Abfälle der früheren "Favoriten" aßen. Aber im Laufe der Zeit ist die Gemeinschaft stabiler geworden, und solche Aussterben sind viel seltener geworden.
