Учёные нашли универсальную модель распределения видов в природе
Исследователи из Университета Вирджинии (UVA) предложили математическую модель, которая точно описывает, почему в любом сообществе — от леса до микробиома — одни виды встречаются массово, а большинство других являются редкими.
Универсальный закон экологии
Распределение видов по обилию, так называемая «полая кривая», — один из старейших и самых универсальных законов экологии. Проанализировав 30 000 наборов данных (от распределения деревьев в США до бактериальных сообществ в кишечнике человека), учёные обнаружили, что модель «powerbend distribution» точно описывает это распределение для сообществ растений, животных и микробов. Результаты опубликованы в Nature Communications.
От белок до бактерий
Модель количественно описывает общую тенденцию: несколько массовых видов составляют большую часть сообщества, а остальное — множество редких видов. Эта закономерность работает и в природе, и в человеческом обществе.
«Если вы прогуляетесь по UVA, вы увидите много белок и лишь изредка — енота или лису. Если посмотреть на машины на улицах, вы увидите много Honda, Toyota или Ford, но есть много других марок, которые встречаются лишь иногда», — пояснил профессор биологии UVA и соавтор исследования Мартин Ву.
Применение в охране природы и микробиологии
Модель полезна для сохранения биоразнообразия, так как даёт надёжную оценку естественного распределения видов. Она также позволяет оценить биоразнообразие, не пересчитывая каждый организм.
«Раньше, собрав один грамм почвы, я не мог знать, сколько в нём видов бактерий. Теперь, имея модель, мне не нужно перечислять каждую клетку — у меня будет довольно хорошая оценка», — отметил Ву.
Революция в изучении микробов
До появления современных технологий секвенирования ДНК (около 2008 года) изучать микробные сообщества было крайне сложно. Сегодня доступ к огромным массивам данных позволил проверить, действуют ли для микробов те же экологические правила, что и для растений и животных. Оказалось, что да.
Исследование в классе
Команда даже провела демонстрацию в аудитории: с помощью миниатюрного ДНК-секвенатора они в реальном времени проанализировали микробиом кишечника одного из профессоров, чтобы показать студентам, какие микробы там обитают.
Пример: леса Вирджинии
В исследовании использовались данные по обилию видов деревьев в США. В лесах Вирджинии (одних из самых разнообразных в стране) красный клён, сосна лабло́лли, тюльпанное дерево, сладкая камедь и американский падуб составляют около 45% от 10,6 миллиардов деревьев штата. Остальные 55% — это 120 других видов.
«Как правило, вы обнаружите, что 20% видов деревьев составляют 80% общей численности. Это соответствует принципу Парето», — заключил Ву.