进化拯救动物免遭灭顶之灾

计算机模拟器发现证据表明,竞争,掠夺和进化的结合应将生态系统推向宇宙任何部分的物种多样性。



环保主义者长期以来一直在思考不同种类的浮游生物如何在海洋生态系统中争夺相同资源

在1960年的美国自然主义者协会会议上,著名的英国生态学家J. Evelyn Hutchinson 描述了浮游生物悖论” 。 如果您看着一瓶海水,它会充满各种浮游生物代表,争夺同样重要的元素和营养。 同时,自然选择声称随着时间的流逝,一个生态位应该占据一个物种-这个概念被称为“ 竞争排斥原则 ”。 浮游生物的真实性适用于许多原生动物,植物,鸟类,鱼类和其他生物。 稳定共存的生态系统中如何有这么多竞争物种?

从那一刻起,生态学家开始思考这种令人讨厌的悖论,但通常会冷静下来,提出“ 杀死胜利者 ”(KTW)的假设作为解决方案。 它基于某些物种之间生态系统中存在的食肉动物与猎物之间的关系。 当一个物种开始挤出竞争者时,其种群的增长使捕食它的掠食者得以繁盛。 捕食者最终减少了受害者的数量(因此“杀死获胜者”)。 竞争与掠夺相结合,使若干种交战物种在平衡中共存。 UP假设已成为许多生态学家对生物多样性的便捷解释。


美国国家航空航天局天体生物学和通用生物学研究所以及生物基因组学研究所的Nigel Goldenfeld和Chi Sue 卡拉·威斯(Karla Woese)

美国国家航空航天局(NASA)天体生物学与通用生物学研究所所长奈杰尔(Nigel Goldenfeld)和生物基因组学研究所(Institute of Biological Genomics)的研究生Chi Sue毕业时。 Karl Woese于2015年开始更详细地研究UP假设,他们不会反驳它。 他们精确地研究了在太空中随处可见的生命和生态系统的哪些属性。 生物多样性似乎是这种财产的一个很好的选择。 苏说:“如果你观察地球上各个孤立的生态系统,到处都会发现生物多样性。” 他们对这种生物多样性可以创造和维持什么以及类似因素是否适用于其他星球感兴趣。

但是他们发现模型中普遍使用的不切实际的计算来确认UP假设。 “他们将人口描述为似乎不存在个体。 就像我们在不考虑原子的情况下描述液体一样,”戈登费尔德在一封信中解释道。 由于这些模型即使在个体数量下降到百分之几之后仍能使种群恢复,因此他们低估了灭绝的可能性。 Goldenfeld和Sue称此问题不存在“随机噪声”,因为计算结果并未反映出实际约束所施加的数学上随机的序列干扰。

Sue和Goldenfeld决定重新制作模型,使其具有真实感。 Sue说:“我们没想到UP假设会停止起作用。” “我们只是想看看是否随着噪音的增加而发生了变化。”

他们最近在《物理评论快报》上描述的结果是灾难性的。 关于生物多样性和物种共存的数字不仅在下降,而且已经消失。 苏说:“实际上,所有物种都已灭绝。” 在反复的测试中,动荡的受害者人数不断降至零,然后掠食者由于缺乏食物而死亡。 有时,该系统退化为一对物种,包括猎物和捕食者,它们已经存在了相当长的时间,但是即使这些选择也不总是很稳定。 自然蕴藏着丰富的多样化,这是无处不在的。

但是Sue和Goldenfeld迈出了又一步,整合了之前的模拟所无法解释的东西:进化。 他们允许受害者提高逃避捕食者的能力,并使捕食者变得更好地捕捉猎物。

结果,当受害者和掠食者的能力不断提高时,军备竞赛就展开了,这改变了一切。 这种竞争为系统增加了物种的多样性,UE的影响阻止了其中一个物种的胜利。 生物多样性蓬勃发展。

Sue和Goldenfeld在基因组学中看到了自然界中共同进化动力学的证据。 Sue说:“如果研究细菌并找到基因组发展更快的区域,那么事实证明这些区域与对病毒的抗性有关。” 正如他们共同进化的UP模型所表明的那样,自然选择在抗病毒方面的作用增强了另一种动机-例如,与其他细菌竞争更好。

但是,这还不能完全说服证据,研究人员计划更彻底地研究其结论的可概括性。 他们想看看如果掠夺者对受害者的挑剔程度降低,会发生什么。 戈登费尔德说,另一个值得思考的话题是,病毒除了杀死细菌和其他细胞外,有时还会在它们之间携带基因。 他说,“基因的掠食者和出租车司机”的双重角色可能对生态系统的演化和稳定性产生严重影响。”

尚不清楚UP协同进化模型是否同样适用于各种生活。 “原则上,掠食者和受害者之间的相互作用不仅限于微生物。 苏说:“它无处不在,甚至到野兔和狐狸。” 但是她还指出,他们的模型表明,进化变化(突变)和环境变化(生物的出生和死亡)发生在同一时间轴上,并且频率大致相等。 “对于像野兔和狐狸这样的物种,事实并非如此,但在微生物中却经常发现。”

根据南加州大学生物科学教授杰德·弗曼(Jed Furman)的说法,建模通常是一种有用的方法,但必须谨慎处理。 “有些假设和方面直接适用于复杂的自然系统,有些则不行。” 他说,由于甚至微生物群落也使用不同的生存策略,因此“模型可以更广泛地应用于社区的某些部分,而不是应用于其他部分。”

但是,如果该模型证明了广泛的适用性,那么,根据Goldenfeld的说法,“它将表明有非常通用的方法来获取生态系统中的不同种群,并且单一种植是一个例外,而不是一个规则。” 可以预期,即使在其他行星和卫星上,生命的进化也会导致复杂生态系统的多样性。 他说,实验室工作的未来领域之一将是研究来自多种生物的“社会新陈代谢”,每种生物在共同的环境中加工自己的物质。


土星第六大土星土卫二(Enceladus)被认为是太阳系中最有希望发展外星生命的地方之一。 水流冲破其冰面的裂缝,表明冰下存在着巨大的水域。

当我们发送探测器以寻找覆盖木星,欧洲土星和土卫二土星月球表面的冰层下的海洋中的生命时,这种想法可能对太空探索非常有用。 如果那里有生命,他们将不得不看到整个生态系统的生化迹象,而不是单个生物。

据美国宇航局喷气推进实验室副项目经理凯文·彼得·汉德(Kevin Peter Hand)称,专为前往火星,欧洲,土卫二和其他潜在避难所的探测器而设计的仪器已经在寻找生态系统的迹象。 他说,他正在研究的欧洲提议的探针概念经过专门设计,旨在“进行至少九种不同的,互不影响单个物种的互补测量”,例如有机物的复杂性和手性。化合物和样品中类似细胞结构的存在。

但是,如果天体生物学家解决了地球外生命基本存在的问题,并且可以开始研究其他生态系统的动力学与地球的动力学有多相似,那么了解浮游生物悖论的解决方法将起决定性作用。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN411541/


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