Новое понимание динамики микробных сообществ

Исследователи из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне охарактеризовали недавно открытый динамический режим микробных сообществ и использовали его для объяснения эмпирических закономерностей морского планктона.

Ключевой механизм:

• Сильные и разнообразные взаимодействия в сочетании со слабым расселением вызывают постоянную смену небольшого набора самых многочисленных видов.
• Успех вида оказывается недолговечным: каждый вид поочерёдно переходит от редкости к доминированию и обратно.

Результаты моделирования:

• Моделирование динамики сообщества с помощью уравнений Лотки-Вольтерры с неупорядоченными, в основном конкурентными, взаимодействиями показало, что если «проигравшим» видам не дают полностью вымереть, они остаются редкими, но в итоге подрывают доминирующее сообщество.
• Виды-«победители» становятся редкими, а подмножество бывших редких видов резко — хотя и снова ненадолго — увеличивает численность.
• Конкретный доминирующий вид в каждый момент времени оказывается внутренне непредсказуемым, и виды в значительной степени динамически эквивалентны. Однако даже мельчайшие различия между видами влияют на вероятность их «взлёта».

Упрощённая модель и связь с данными:

• Основные черты такой хаотической динамики описываются гораздо более простой одновидовой моделью, где «фокальный» вид воспринимает флуктуации остального сообщества как шум.
• Эта модель также воспроизводит степенной закон убывания обилия видов — закономерность, повсеместно встречающуюся в сообществах морского планктона.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, не только проливает свет на процесс, способный поддерживать высокий уровень видового разнообразия, но и открывает возможности для анализа данных долговременных наблюдений за окружающей средой.