Els físics resolen la paradoxa sobre la carrera de armes de la biodiversitat: "Mata el guanyador"

Els ecosistemes prosperen quan hi ha abundància d’organismes capaços de realitzar funcions úniques i omplir diferents nínxols. Una imatge rudimentària d’aquest seria la forma en què les plantes utilitzen la llum solar i l’aigua i els nutrients per créixer, els herbívors mengen les plantes, els carnívors mengen els herbívors i els fongs es descomponen de nou totes les matèries mortes en nutrients de les plantes. Alguns organismes realitzen la mateixa funció, com consumir les mateixes preses i competir directament entre elles per aquest paper. Els científics descriuen aquesta riquesa d’espècies com a “biodiversitat”, però sempre han lluitat per tenir un sentit complet de la seva complexitat i reconciliar alguns dels efectes paradoxals de la biodiversitat.

Una d’aquestes grans preguntes és el que s’anomena paradoxa de la diversitat: per què una espècie superior no competeix amb tots els seus veïns biològics i els fa expulsar. Els científics finalment podrien tenir una resolució per a aquesta endevinalla. En un article publicat el 28 de desembre a la revista Lletres de revisió física, professor de física Nigel Goldenfield, Ph.D. i el seu estudiant graduat Chi Xue, tots dos a l’Institut de Biologia Genòmica Carl R. Woese de la Universitat d’Illinois a Urbana-Champaign, investiguen la paradoxa de la diversitat a través d’una armadura de menaces microbianes.

Utilitzant l’exemple de virus que deprimeix els bacteris, Goldenfield i Xue mostren com el depredador i les preses competeixen entre si. Els bacteris desenvolupen millors defenses per resistir atacs virals, i els virus desenvolupen maneres de superar aquestes defenses. Com millor sigui el virus a l'hora d'adaptar-se com a depredador, més probable és que pugui decimar les seves preses - i, per tant, ell mateix. Aquest fenomen es diu "Matar el guanyador", i Goldenfield i Xue diuen que podria resoldre la paradoxa de la diversitat.

Els depredadors i les seves preses són molt semblants a Wile E. Coyote i al Road Runner: sempre estan en una cursa d'armes per veure qui pot ser més intel·ligent que l'altre, però també viuen en una espècie d'harmonia. Si Wile E. Coyote posa un parany, el corredor de carreteres pren una ruta diferent per evitar-ho. A continuació, Wile E. Coyote podria establir dues trampes, una a la ruta principal i una altra al desviament. Però, què passa si té èxit? A qui es deixa prendre?

Si Wile E. Coyote fos en realitat un depredador reeixit, conduiria a si mateix i el corredor de carreteres a l'extinció. Aquesta dinàmica és la que Goldenfield va examinar en la relació virus-bacteris, tenint en compte factors com el creixement aleatori de la població. Ell i Xue van desenvolupar un anomenat model estocàstic que tracta de capturar algunes de les aleatorietats de la naturalesa per fer una simulació per ordinador més realista.

Utilitzant l’exemple de biologia marina del plàncton, que es compon de bacteris, algues, protozous i altres microorganismes, Goldenfield i Xue mostren com els virus mantenen els membres competents d’una comunitat sota control. En definitiva, argumenten que no existeix un "estat estable" per a una comunitat ecològica i que sempre està en flux. Per exemple, a mesura que una espècie de protozous creix a la població, el virus específic del seu hoste té més presa. Per tant, la població d’aquestes espècies protozous es redueix a la baixa, deixant més recursos per al seu bacteri veí, que després experimenta un auge i un bust similars amb el seu virus específic.

Per tant, l’equilibri aparent d’aquest sistema és en part el resultat de la competència: l’ecologia i, en part, el resultat de la variació genètica que permet a una espècie ser més intel·ligent que els seus depredadors, l’evolució.

"Els nostres resultats suggereixen que la diversitat reflecteix la interacció dinàmica entre els processos ecològics i evolutius, i està motivada per la llunyania del sistema ecològic en equilibri (com es podria quantificar per desviacions del balanç detallat)", escriuen Goldenfield i Xue.

El seu model, que ells anomenen el model Coevolving Kill the Winner, no només explica l’ecologia, sinó l’evolució, i diuen que és molt més holística que els models anteriors que només expliquen l’ús dels recursos.

“Dins de la comunitat bacteriana, diferents soques tenen taxes de creixement diferents. Coexisteixen, sense guanyadors dominants, a causa dels virus específics de l’amfitrió que controlen les soques corresponents. Això es tradueix en dues capes de convivència a través de la dinàmica de KtW (coexistència de bacteris-plàncton i coexistència de deformacions bacterianes), com a nines russes."

És una solució perfecta? De cap manera. Cap model d’ordinador pot capturar tota la complexitat d’un sistema natural. Però aquesta aposta més a prop que els esforços anteriors.