2019-01-22 01:04:01
竞争胜出的物种可以存活下来

当物种争夺有限的资源时,其环境中的结构可能是共存之间的差异,也可能是消除另一种结构之间的差异。根据俄勒冈大学科学家的最新研究,物种之间的关系也很重要。

科学家们怀疑生物多样性与环境的物理结构之间存在着深刻的关系,但是将其钉死是难以捉摸的。

UO的Tristan Ursell和Nick Lowery通过在多个场景中成千上万的超级计算机模拟中运用数学上丰富的公式来揭示这种关系的一部分。在研究中,他们关注的是物理结构的影响,如土壤中的颗粒和哺乳动物肠道的上皮细胞,以及生活在这些环境中的物种的生存。

他们的研究结果发表在一篇专注于“美国国家科学院院刊”中生态群落动态和稳定性的论文中。

这一成就奠定了坚实的基础物理条件,有助于实现自然界中的生物多样性。它还显示了围绕竞争排斥的可能途径,这一概念认为,两个争夺相同资源的物种不能在生态系统中稳定共存,除非他们采用不同的特征或策略来减少竞争。该术语由苏联生物学家Georgii Gause于1932年创造。

“这项研究解决了一个长期存在的问题,”Ursell说。 “如果一方面竞争排斥推动系统拥有单一的优势物种,为什么有些环境会在有限的环境中共存数千种物种?我们提供了一个可能的解释,即它是环境的结构,允许是真的。”

随着研究的继续,包括医疗植入物在内的各种设备的新设计原则可能会出现,Ursell是物理学教授,也是UO分子生物学和材料科学研究所的成员。

“让我们说你想要建立一个将不同微生物种群聚集在一起的设备。我们的工作表明,一种方法是设计物理结构的变化,以稳定这些物种的共存,”Ursell说。 “例如,您可能希望匹配竞争对手。对环境的结构性修改可以帮助您实现这一目标。使用这样的设备,您可以将系统的生态推向理想的方向。”

Ursell是UO的META系统生物学中心的成员,科学家正在寻求了解这种宿主 - 微生物系统,这种植入物可能是为了与人的肠道微生物群相互作用而确保微生物的健康和稳定平衡。和他们在人类健康中的作用。

计算机建模基于长期用于研究捕食者 - 猎物关系的数学公式。然而,在这种情况下,分子生物学研究所的博士后研究员Ursell和Lowery进行了数千次模拟。他们在每次模拟中修改了物理环境的结构,然后通过时间测量了生态系统的稳定性。

这让他们探索了自然环境中发生的种群动态和空间结构之间的关系,如土壤或哺乳动物的肠道。在两种和三种系统中,环境中的结构改变了竞争动态,但以不同的方式。首先,他们研究了两个相互竞争的物种,发现结构的局部相互作用使得共存随着时间的推移而变得稳定。

他说,竞争格局中的这种变化与历史时期的军事堡垒如何有效地改变冲突的界面并允许两个竞争团体共存,只要一个堡垒仍然存在就没有什么不同。

“物种的竞争力与特定环境中的物理结构之间存在相互作用,”Ursell说。 “当物种之间的竞争不平衡时,结构对于提供稳定性非常重要。结构很重要,而且之前没有进行过表征。”

他们还根据儿童游戏摇滚剪刀的规则观察了三种物种。结构具有破坏稳定的作用,导致单一的优势种。

他说,考虑一种情况,物种A可以攻击并杀死物种B,但物种B不能攻击A.物种B可以杀死物种C,而物种C又可以攻击并杀死物种A.在没有空间结构的情况下,随之而来的循环使所有物种都能生存。

然而,通过引入空间结构,他说,这个循环被破坏,破坏了整个系统的稳定性。

“总之,这些发现强烈表明环境的物理结构可以与居民社区内种间相互作用的特定性质发生显着相互作用,从而影响稳定性和动态,更一般地说,在评估稳定性时必须考虑环境的物理属性。 居民社区,“Ursell和Lowery在他们的论文中总结道。

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