Cuando compiten por recursos limitados, las estructuras en un entorno pueden ser la diferencia entre especies que coexisten o una especie que elimina a otra. Las relaciones entre especies también son importantes, según una nueva investigación.
Los científicos sospechan que existe una relación profunda entre la biodiversidad y la estructura física del medio ambiente, pero establecer esa relación ha sido difícil de alcanzar.
Ahora, dos investigadores de la Universidad de Oregon han revelado parte de esa relación al elaborar fórmulas ricas en matemática en miles de simulaciones de supercomputadoras en múltiples escenarios. Se centraron en las influencias de las estructuras físicas, como las partículas empaquetadas en el suelo y las células epiteliales en los mamíferosintestino, sobre la supervivencia de los organismos que viven en esos ambientes.
Sus hallazgos en un artículo publicado en la edición del 8 de enero de la Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El logro establece condiciones físicas firmes que contribuyen a la amplia gama de biodiversidad vista en la naturaleza y muestra una posible ruta hacia la exclusión competitiva. En el futuro, estos hallazgos podrían ayudar en el desarrollo de dispositivos, incluidos los implantes médicos, dijo co-autor Tristan Ursell, profesor de física y miembro del Instituto de Biología Molecular y Instituto de Ciencia de Materiales de la UO.
La exclusión competitiva sostiene que dos especies que luchan por los mismos recursos no pueden coexistir de manera estable en un ecosistema a menos que adopten características o estrategias diferentes para reducir la competencia. El concepto fue acuñado en 1932 por el biólogo soviético Georgii Gause y a menudo se llama la ley de Gause.
"Esta investigación aborda una pregunta de larga data", dijo Ursell. "Si, por un lado, la exclusión competitiva empuja a un sistema a tener una sola especie dominante, ¿por qué algunos entornos tienen miles de especies coexistiendo en un entorno limitado? Ofrecemosuna posible explicación que dice que es la estructura del entorno lo que permite que eso sea cierto "
Los hallazgos y la investigación en curso podrían conducir a nuevos principios de diseño, dijo.
"Digamos que quiere construir un dispositivo que albergue grupos de diferentes especies microbianas juntas. Nuestro trabajo sugiere que una forma de hacerlo es diseñar variaciones en la estructura física que estabilicen la coexistencia de esas especies", dijo Ursell. "por ejemplo, es posible que desee competidores parejos. Las modificaciones estructurales del entorno pueden ayudarlo a hacerlo. Con un dispositivo de este tipo, podría impulsar la ecología del sistema en la dirección deseada ".
Una posibilidad podría ser un implante diseñado estructuralmente para interactuar con el microbioma intestinal de una persona y garantizar un equilibrio sano y estable de microbios, dijo Ursell, miembro del Centro META de Biología de Sistemas de la UO, donde los científicos buscanComprender los sistemas de microbios del huésped y su papel en la salud humana.
El modelado por computadora se basó en las llamadas simulaciones de Lotka-Volterra, utilizadas durante mucho tiempo en la investigación ecológica para estudiar las relaciones depredador-presa. En este caso, sin embargo, Ursell y el coautor Nick Lowery, investigador postdoctoral en el Instituto de MolecularBiología, realizó miles de simulaciones modificando la estructura del entorno físico en cada simulación y luego midió la estabilidad del ecosistema a lo largo del tiempo.
Eso les permitió explorar las relaciones entre la dinámica de la población y las estructuras espaciales que ocurren en ambientes naturales, como los suelos o el intestino de los mamíferos. En los sistemas de dos y tres especies, las estructuras en el ambiente alteraron la dinámica competitiva, pero de diferentes maneras.Primero, observaron dos especies competidoras y descubrieron que la estructura estructuraba las interacciones para que la coexistencia fuera estable en el tiempo.
Ese tipo de cambio en el panorama competitivo, dijo, no es diferente a cómo los fuertes militares en tiempos antiguos alteraron efectivamente la interfaz de un conflicto y permitieron que dos grupos competidores coexistieran, siempre y cuando un fuerte permaneciera en pie.
"Existe una interacción entre la fuerza competitiva de las especies y las estructuras físicas en un entorno determinado", dijo Ursell. "Cuando la competencia entre especies no está equilibrada, la estructura es muy importante para proporcionar estabilidad. La estructura es importante, y eso tieneno se ha caracterizado "
En otro escenario, observaron tres especies que compiten por las reglas del juego de niños piedra-papel-tijera. Allí, la estructura tuvo un efecto desestabilizador, que condujo a una sola especie dominante. Considere, dijo, un escenario donde la especie Apuede atacar y matar a la especie B, pero la especie B no puede atacar a A. La especie B puede matar a la especie C, que, a su vez, puede atacar y matar a la especie A. En ausencia de una estructura espacial, se produce un ciclo que permite la supervivencia de todas las especies.
Sin embargo, al alterar ese sistema mediante la introducción de una estructura espacial, dijo, interrumpió sorprendentemente ese patrón cíclico y desestabilizó todo el sistema.
"Juntos, estos hallazgos sugieren fuertemente que la estructura física del ambiente puede interactuar significativamente con la naturaleza específica de las interacciones entre especies dentro de las comunidades residentes para afectar la estabilidad y la dinámica, y en general indican que los atributos físicos del ambiente deben ser considerados al evaluarla estabilidad de las comunidades residentes ", concluyeron Ursell y Lowery en su artículo.
La investigación, agregaron, ayuda a desentrañar las variadas fuerzas que actúan sobre las comunidades microbianas en entornos complejos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Oregon . Original escrito por Jim Barlow. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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