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Virus e batteri..

Fonte: articolo riportato dall'Internet

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".

Illustrazione scientifica: un virus batteriofago infetta un

batterio iniettando in esso il suo DNA. | SHUTTERSTOCK  

Se più specie sono in competizione per le stesse risorse,

potremmo supporre che solo la più adatta possa soprav-

vivere, 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).

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.

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 termo-

dinamici 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.»

10 GENNAIO 2018