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Gli scienziati hanno modellato matematicamente la vita delle comunità microbiche, spiegando come riescono a mantenere la diversità e la stabilità allo stesso tempo. I risultati del lavoro sono presentati in Physical Review Letters e il preprint dell'articolo scientifico può essere letto gratuitamente sul sito web di Arxiv.
Per molti anni, i biologi non sono stati in grado di svelare il segreto della comunità dei microrganismi marini e capire come può essere così diversificata, pur rimanendo stabile. Non solo gli abitanti unicellulari dei corpi idrici possono vantare tali caratteristiche, ma anche le comunità microbiche che vivono nei corpi di grandi organismi e in altri luoghi.
Nella maggior parte di queste comunità sono presenti specie “centrali”, che sono le più rappresentate, e specie “periferiche”, meno importanti. Tutti competono per una risorsa o per una gamma limitata di risorse. Secondo calcoli precedenti e modelli precedenti, la crescita dimensionale di alcune popolazioni dovrebbe essere netta ed esponenziale, il che potrebbe sconvolgere gli equilibri dell'intera comunità. Vincendo in numero, alcune popolazioni devono catturare la maggior parte delle risorse, privando altre di cibo in base al principio dell'esclusione competitiva. Ma in realtà questo non accade e la comunità rimane stabile. Gli scienziati chiamano questo il paradosso del plancton.
Una delle principali teorie che spiegano il paradosso si basa su due principi fondamentali. Il primo è che alcuni batteri mangiano i rifiuti e i rifiuti che altri espellono. Un altro si basa sul fatto che i nuovi arrivati nella comunità dovrebbero scegliere nicchie ecologiche libere o, meglio di altri membri della comunità, occupare quelle esistenti.
I ricercatori hanno creato una simulazione matematica di questa teoria specificando una serie di regole iniziali. Ogni membro della comunità poteva consumare solo un tipo di risorsa, provocando la produzione di due nuovi tipi. Gli scienziati hanno anche suggerito che i membri emergenti dell'ecosistema possono sopravvivere solo se trovano una nicchia per se stessi, occupandone una vuota o imparando a utilizzare meglio una risorsa già occupata.
Il modello ha permesso di creare una comunità virtuale in cui, come nelle vere comunità microbiche, sono state mantenute stabilità e diversità. I matematici hanno notato che nelle prime fasi dello sviluppo del loro ecosistema virtuale, a volte ci sono state "estinzioni" generali, quando nuove specie, utilizzando in modo più efficiente la risorsa, hanno preso il potere. Poi le specie che mangiavano i rifiuti degli ex "favoriti" morirono. Ma nel tempo, la comunità è diventata più stabile e tali estinzioni sono diventate molto meno comuni.
