Los físicos resuelven la paradoja de la carrera de armas de la biodiversidad: "Matar al ganador"

Los ecosistemas prosperan cuando hay una gran cantidad de organismos capaces de realizar funciones únicas y llenar diferentes nichos. Una imagen rudimentaria de esto sería cómo las plantas usan la luz solar y el agua y los nutrientes para crecer, los herbívoros se comen las plantas, los carnívoros se comen a los herbívoros y los hongos descomponen toda la materia muerta en nutrientes para que las plantas la usen. Algunos organismos realizan la misma función, como consumir la misma presa, y compiten directamente entre sí por este papel. Los científicos describen esta riqueza de especies como "biodiversidad", pero siempre han luchado por comprender su complejidad y reconciliar algunos de los efectos paradójicos de la biodiversidad.

Una de estas preguntas principales es lo que se conoce como la paradoja de la diversidad: por qué una especie superior no compite con todos sus vecinos biológicos y los lleva a la extinción. Los científicos podrían finalmente tener una resolución a este enigma. En un artículo publicado el 28 de diciembre en la revista. Letras de revisión física, profesor de física Nigel Goldenfield, Ph.D. y su estudiante graduado, Chi Xue, ambos en el Instituto de Biología Genómica Carl R. Woese de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, investigan la paradoja de la diversidad a través de una carrera de amenazas microbianas.

Utilizando el ejemplo de los virus que se aprovechan de las bacterias, Goldenfield y Xue muestran cómo el depredador y la presa compiten para superarse entre sí. Las bacterias desarrollan mejores defensas para resistir los ataques virales, y los virus desarrollan formas de superar esas defensas. Cuanto mejor se adapta el virus al ser un depredador, más probable es que diezme su presa, y por lo tanto a sí mismo. Este fenómeno se llama "Kill the Winner", y Goldenfield y Xue dicen que podría resolver la paradoja de la diversidad.

Los depredadores y sus presas son muy parecidos a Wile E. Coyote y el Road Runner: siempre están en una carrera de armamentos para ver quién puede ser más astuto que el otro, pero también viven en una especie de armonía. Si Wile E. Coyote establece una trampa, el Road Runner toma una ruta diferente para evitarlo. Luego, Wile E. Coyote podría colocar dos trampas, una en la ruta principal y otra en el desvío. Pero ¿y si tiene éxito? ¿A quién le queda para aprovecharse?

Si Wile E. Coyote fuera en realidad un depredador exitoso, se conduciría a sí mismo. y El corredor de la carretera a la extinción. Esta dinámica es una que Goldenfield examinó en la relación virus-bacteria, teniendo en cuenta factores como el crecimiento aleatorio de la población. Él y Xue desarrollaron un llamado modelo estocástico que intenta capturar algunas de las aleatoriedades de la naturaleza para hacer que la simulación por computadora sea más realista.

Usando el ejemplo de biología marina del plancton, que está compuesto por bacterias, algas, protozoos y otros microorganismos, Goldenfield y Xue muestran cómo los virus mantienen bajo control a los miembros de una comunidad que están compitiendo. En resumen, argumentan que no existe tal cosa como un "estado estable" para una comunidad ecológica y que siempre está en proceso de cambio. Por ejemplo, a medida que una especie de protozoo crece en población, su virus específico del huésped tiene más presas. Por lo tanto, la población de esa especie de protozoo vuelve a bajar, dejando más recursos para su bacteria vecina, que luego experimenta un auge y una caída similares con su virus específico del huésped.

Por lo tanto, el equilibrio aparente en tal sistema es en parte el resultado de la competencia, la ecología, y en parte el resultado de la variación genética que permite a una especie ser más astuta que sus predadores: la evolución.

"Nuestros resultados sugieren fuertemente que la diversidad refleja la interacción dinámica entre los procesos ecológicos y evolutivos, y está dirigida por lo lejos que está el sistema de un estado ecológico de equilibrio (como podría cuantificarse por desviaciones del balance detallado)", escriben Goldenfield y Xue.

Su modelo, al que llaman el modelo Coevolving Kill the Winner, explica no solo la ecología sino también la evolución, y dicen que es mucho más holístico que los modelos anteriores que solo explican el uso de recursos.

“Dentro de la comunidad bacteriana, diferentes cepas tienen distintas tasas de crecimiento. Coexisten, sin ganadores dominantes, debido a virus específicos del huésped que controlan las cepas correspondientes. Esto da como resultado dos capas de coexistencia a través de la dinámica KtW (coexistencia de bacterias-plancton y coexistencia de cepas bacterianas), que descansan como muñecas rusas ".

¿Es una solución perfecta? De ninguna manera. Ningún modelo de computadora puede capturar toda la complejidad de un sistema natural. Pero éste apuesta mucho más cerca que los esfuerzos anteriores.