html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Борьба за еду привела к устойчивости и разнообразию микробных экосистем


A. Goyal & S. Maslov / Physical Review Letters, 2018

Ученые разработали математическую модель, которая связывает видовое многообразие и структуру микробных экосистем со скоростью и механизмами использования поступающих в среду питательных веществ. Оказалось, что описания только этих процессов достаточно для объяснения возможности существования устойчивых экосистем, состоящих из нескольких сотен различных видов микроорганизмов, пишут ученые в Physical Review Letters.

Микробные экосистемы — как внутри организма-хозяина, так и в открытой среде — часто имеют сложную структуру и включают в себя очень большое количество микроорганизмов разных видов, которые при этом довольно сильно отличаются между собой по форме и размерам. В очень ограниченном объеме могут сосуществовать несколько десятков или даже сотен различных видов. Особенно удивительным для ученых этот факт выглядит с учетом возможности экспоненциального роста отдельных видов и ограниченного количества питательных веществ в среде. При этом даже в одинаковых условиях такие экосистемы, состоящие из микроорганизмов, могут сильно отличаться друг от друга по своему составу.

Для объяснения аномальной устойчивости микробных экосистем, большого количества возможных вариантов видового состава и подавления экспоненциального роста хотя бы одного из видов биологи Акшит Гойал (Akshit Goyal) из Национального центра биологических наук Индии и Сергей Маслов (Sergei Maslov) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне предложили для описания таких экосистем относительно простую математическую модель. Эта модель вообще не рассматривает процессы взаимодействия микроорганизмов различных видов между собой, а учитывает только их реакцию на изменение в среде концентрации необходимых для жизнедеятельности питательных веществ.

Согласно модели, в систему с постоянной скоростью поступает всего одно питательное вещество. Часть этого вещества идет на увеличение биомассы, а часть в результате метаболических процессов превращается в побочные продукты, которые служат питательными веществами для других видов. Кроме того, эту систему постоянно пытаются «колонизировать» новые виды микроорганизмов со своей скоростью роста, которые попадают в нее из других колоний и могут или выжить в новой системе, или погибнуть. При этом, помимо процессов роста числа каждого из видов микроорганизмов и содержания питательных веществ, в системе с постоянной скоростью происходит уменьшение их концентрации за счет разбавления.

Схема развития микробной колонии и появления в ней новых видов

A. Goyal & S. Maslov / Physical Review Letters, 2018

Ученые утверждают, что через какое-то время после зарождения колонии с единственным видом в такой системе естественным образом повышается устойчивость. Это происходит в результате появления большого числа новых видов и нескольких перегруппировок, так что в конечном устойчивом состоянии общее число видов микроорганизмов может доходить до тысячи. Для стационарного режима существования такой микробной экосистемы характерны примерно постоянные: число видов бактерий, количественное соотношением между их долями в системе и общая численность колонии.

При этом оказалось, что для нормального функционирования такой экосистемы необходимо наличие некоторых видов, которые составляют «ядро» колонии и должны в ней присутствовать всегда. Однако некоторые виды организмов в структуре экосистемы могут со временем сменяться один другим. Эта смена в свою очередь может стать причиной замены той части микроорганизмов, чья жизнедеятельность зависела от питательных веществ, вырабатываемых ушедшими микробами. Этот механизм объясняет возможные отличия между сходными по своей структуре микробными экосистемами, встречающимися в природе.

Данные, полученные с помощью предложенной математической модели, ученые сравнили со экспериментально полученными результатами — структурой микробной экосистемы на языке человека. Биологи обнаружили, что разработанную модель можно использовать для количественного статистического описания фракционного состава природных микробных экосистем.

Вероятность, с которой встречаются колонии с заданной долей конкретного вида микроорганизма. Черными символами обозначены данные численного моделирования, серыми — экспериментальные данные

A. Goyal & S. Maslov / Physical Review Letters, 2018

Биологи отмечают, что в предложенной ими модели конкурентная борьба между различными видами или симбиотические процессы не рассматриваются непосредственно, а все взаимодействие происходит только через среду с изменяющейся концентрацией питательных веществ. Даже этого оказывается достаточно для объяснения устойчивого функционирования экосистем, состоящих из нескольких сотен видов.

Кроме того, авторы исследования утверждают, что устойчивая экосистема может образоваться даже в случае наличия в ней единственного питательного вещества, которое используют для своей жизнедеятельности все организмы. Поэтому при увеличении разнообразия этих веществ возможно и усложнение системы.

Часто микробные колонии не только включают очень большое число различных видов, но и имеют довольно сложную пространственную организацию. Например, ученые обнаружили, что сообщества со сложной структурой формируют микроорганизмы при образовании зубного налета. В этой экосистеме содержится около 700 видов микробов, у каждого из которых свое место в колонии и своя функция.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • ученые
          • университет
          • исследования
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции