2019-01-08 22:22:02
延迟适应有利于共存

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土壤细菌必须能够适应不同的环境条件。 - 但LMU研究人员的一项新研究表明,快速适应可能适得其反,而延迟调整则促进不同物种的共存。

一克土壤可含有多达10,000种不同的细菌。如何在具有不同适应水平的物种组成的种群中维持这种非凡程度的生物多样性是生态学中的核心问题。当在实验室中在特定条件下生长土壤细菌的混合物时,具有最高生长速率的菌株或物种最终将主导群体并且所有其他菌株将消亡。 LMU物理学家Erwin Frey教授和他的同事Marianne Bauer博士现在已经问过为什么在土壤的自然条件下不会发生这种情况。他们的研究结果发表在“物理评论快报”杂志上,表明延迟适应生态参数的变化可以导致不同物种的稳定共存。

土壤是一个极其复杂的栖息地,不仅在生物学上,而且从结构的角度来看 - 它的特点是迷宫般的相互连通的毛孔系统。根据其含水量,这种毛孔网络可以分配营养物质,使细菌与邻近的种群接触。 “我们很想知道这个栖息地的特征空间变异是否会对细菌种群的稳定性产生影响,”Marianne Bauer说。为了找到答案,Bauer和Frey考虑了一个简单的系统,该系统由两个在某些特征上不同的移动物种组成,并使用数学模拟来模拟人口构成的变化以响应环境组成的波动。在他们的模型中,其中一个物种不断合成并分泌一种可扩散的生长促进物质,这对整个人群有益。然而,因为化合物的生物发生需要能量成本,所以生产细胞的生长速率低于其他物种的生长速率。在实验室条件下,这种特性的组合将导致生长缓慢的物种被淘汰并灭绝。

然而,该模型还包含另一个特征:作者假设两个物种的成员都无法对环境条件的突然波动做出快速反应。因此,在进入pH值或营养供应不同于其先前生态位的区域之后,它们继续以与之前相同的速率生长一段时间。基于该模型的模拟表明,适应新条件的延迟对整个人口具有积极影响,并且实际上允许两个物种的长期共存。由于两种物种的生长速度取决于生长因子的可获得性,包含许多生长缓慢的生产细胞的当地亚种群的生长速度将快于生产率较低的生产者 - 并且相应地降低生长因子的水平。 “由于土壤系统中的孔隙允许种群之间的交换,生长速度差异很大的物种的成员可以在同一个孔内一起出现,这样两者都可以无限期地存活,”鲍尔解释说。 “这适用于广泛的孔隙系统,以及两种物种之间惊人的巨大增长率差异。”

这组作者认为,在广泛的参数空间内,两种物种的稳定共存是可能的,这表明对生活条件变化的延迟调整对维持生物多样性起着重要作用。 “这意味着考虑到生态位的空间结构的实验为现实系统中生物多样性的探索提供了一种有前途的方法,”Frey说。

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