Un paradosso della biodiversità spiegato con virus e batteri



Studiando popolazioni di virus e batteri è stata trovata una risposta all'apparente contraddizione tra l'idea evolutiva dell'esclusione competitiva e una variabile ecologica nota come "uccidi il vincitore".

Se più specie sono in competizione per le stesse risorse, potremmo supporre che solo la più adatta possa sopravvivere, spingendo su una traiettoria evolutiva differente (o addirittura, in rari casi, all'estinzione) le specie direttamente concorrenti. Questa idea, chiamata esclusione competitiva (competitive exclusion), ha però un problema: nella realtà non funziona così bene.

Quello che vediamo nel mondo, laddove ci aspetteremmo un predominio assoluto, è invece una grande biodiversità. Per risolvere quello che per la scienza è un paradosso, due ricercatori, Chi Xue e Nigel Goldenfeld, dell'Istituto di biologia genomica della Illinois University, hanno cercato di introdurre nel modello, che rappresenta un processo evolutivo, anche variabili ecologiche: in particolare, lo scenario definito uccidi il vincitore (Kill the Winner).

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Nigel Goldenfeld e Chi Xue all'istituto di biologia genomica Carle R. Woese: qui hanno applicato modelli matematici all'evoluzione di popolazioni di virus e batteri. | UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA-CHAMPAIGN
ALTI E BASSI. Secondo questa idea, quando una specie aumenta a dismisura, prima che possa causare la scomparsa o la differenziazione delle specie che sfruttano le stesse risorse, diventa un bersaglio facile per i predatori - che possono banchettare sulla specie più abbondante, lasciando più "spazio ecologico" alle altre specie.

I ricercatori Chi Xue e Nigel Goldenfeld hanno messo alla prova questa teoria analizzando con modelli matematici la lotta per la sopravvivenza. 

PREDE E PREDATORI. «Prendiamo ad esempio ceppi di batteri in competizione», illustra Goldenfeld, «ognuno dei quali è preda di un virus specifico: in questo scenario, non appena una particolare specie batterica inizia a dominare l'ecosistema, il virus che preda abitualmente quella specie avrà abbondanza di cibo e così prolifererà, abbattendo la popolazione di quel ceppo batterico. Dopo di ciò un'altra specie batterica potrebbe emergere come la più numerosa per un certo tempo, fino a quando la sua popolazione non sarà a sua volta decimata dal virus che la preda. [...] In questo modo le varie specie attraversano cicli di abbondanza.»

COME UN GAS. Per Goldenfeld, che ricopre anche il ruolo di direttore dell'istituto di astrobiologia della Nasa, questo meccanismo rende possibile la coesistenza di specie in competizione impedendo al vincitore di diventare "assoluto" e di sopraffare la concorrenza. La teoria dell'uccidi il vincitore era già ampiamente condivisa, ma non ancora trasposta accuratamente in linguaggio matematico.

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Batteri sconosciuti all'esterno della ISS: da dove arrivano? | NASA
Per metterla alla prova i ricercatori hanno creato un modello probabilistico che tiene conto della competizione fra diverse varianti della stessa specie e della possibilità che alcune di esse si estinguano. Lo schema è relativamente semplice: come i modelli termodinamici descrivono il comportamento dei gas basandosi sulle probabilità di collisioni di atomi e molecole, così questo modello descrive il comportamento di virus e batteri in base alle loro "collisioni" casuali.

SOPRAVVIVENZA E COESISTENZA. Il modello di Xue e Goldenfeld illustra anche un'altra possibilità: se, secondo una teoria consolidata, le popolazioni dovrebbero dopo qualche tempo arrivare alla stabilità, i due ricercatori hanno scoperto che invece l'estinzione è un esito molto più frequente di quanto si pensi, perché le fluttuazioni delle popolazioni potrebbero portare il numero di queste a zero (e quindi alla scomparsa). Ma allo stesso tempo i ricercatori suggeriscono che l'evoluzione di sempre nuovi ceppi di prede, leggermente più adattati dei precedenti, porta alla "rincorsa" da parte dei predatori in quella che gli evoluzionisti chiamano "corsa agli armamenti". 

BATTERI EXTRATERRESTRI. Questa teoria e la sua rappresentazione matematica non sono utili solo alla biologia marina, spiega Goldenfeld, ma anche per la ricerca di vita su mondi extraterrestri: «La diversità degli ecosistemi, specialmente quelli microbici, è un fattore chiave per comprendere la probabilità che la vita possa emergere a livello planetario non solo per sopravvivere, ma anche per essere rilevabile».

Secondo Goldenfeld l'ecologia microbica marina sarà di primaria importanza per l'astrobiologia, soprattutto alla luce delle scoperte di oceani d'acqua sotto la superficie dei satelliti Europa ed Encelado. «Comprendere i meccanismi fondamentali che guidano la biodiversità e caratterizzano gli ecosistemi terrestri, ci aiuterà a prevedere l'osservabilità della vita aliena su mondi che saranno alla portata delle nostre sonde nei prossimi decenni.»

https://www.focus.it/ambiente/natura/virus-batteri-e-il-paradosso-della-biodiversita

About Sandu Trica

Mondo Tempo Reale è il blog che dal 2010 vi racconta le notizie più incredibili, strane, curiose e divertenti: fatti imbarazzanti, ladri imbranati, prodotti assurdi, ricerche scientifiche decisamente insolite.
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