Beskrivning
För mer än fyra decennier sedan satte sig fältekologer för att kvantifiera mångfalden av träd på en skogbevuxen tomt på Barro Colorado Island i Panama, en av de mest intensivt studerade skogsområdena på planeten. De började räkna varje träd med en stam bredare än en centimeter. De identifierade arten, mätte stammarna och beräknade biomassan för varje individ. De satte upp stegar i träden, undersökte plantor och registrerade det hela vidsträckta kalkylblad.
När de tittade på data som samlades år efter år började de märka något konstigt i det. Med mer än 300 arter var trädmångfalden på den lilla 15 kvadratkilometer ön häpnadsväckande. Men fördelningen av träd bland dessa arter var också kraftigt skev, med de flesta av träden som bara tillhörde ett fåtal arter.
Sedan dessa tidiga studier har det överfyllda, mycket ojämna mönstret setts upprepade gånger i ekosystem runt om i världen, särskilt i regnskogar. Ekologen Stephen Hubbell från University of California, Los Angeles, som var en del av teamet bakom Barro Colorado-undersökningarna, uppskattar att mindre än 2 % av trädarterna i Amazonas står för hälften av alla individuella träd, vilket innebär att 98 % av arterna är sällsynta.
En sådan hög biologisk mångfald strider mot förutsägelser som gjorts av en ledande teori om ekologi, som säger att i ett stabilt ekosystem bör varje nisch eller roll upptas av en art. Nischteori antyder att det inte finns tillräckligt med nischer för att alla arter som ekologerna såg ska kunna existera stabilt. Konkurrensen om nischer mellan liknande arter borde ha skickat rariteterna till utrotning.
En ny ekologiskt modelleringspapper in Natur by James O'Dwyer och Kenneth Jops från University of Illinois, Urbana-Champaign förklarar åtminstone en del av denna diskrepans. De fann att arter som till synes borde vara head-to-head-konkurrenter kan dela ett ekosystem om detaljerna i deras livshistoria - som hur länge de lever och hur många avkommor de har - radas upp på rätt sätt. Deras arbete hjälper också till att förklara varför ett av de mest framgångsrika sätten att modellera ekologier ofta kommer fram till korrekta resultat, även om det täcker nästan allt vi vet om hur organismer fungerar.
Beskrivning
Redan 2001 inspirerade Hubbell den paradoxalt höga biologiska mångfalden på Barro Colorado Island att fria det banbrytande neutral teori om ekologi. Traditionell ekologiteori betonade konkurrensen om nischer mellan arter. Men Hubbell påpekade att arter kanske inte spelar någon roll i den ekvationen eftersom individer i själva verket också konkurrerar om resurser med medlemmar av sin egen art. Han föreslog att mönster av mångfald i ekosystem till stor del kan vara produkter av slumpmässiga processer.
För en teori som handlade om biologisk mångfald var Hubbells neutrala teori sparsam. Den ignorerade variationer i livslängder, näringsmässiga egenskaper och andra detaljer som skiljer en art från en annan. I modeller baserade på teorin är varje individ i ett teoretiskt ekosystem identisk. När klockan väl startar, utvecklas ekosystemet stokastiskt, med individer som konkurrerar ut och ersätter varandra på måfå. Teorin var helt i strid med artbaserade synsätt på ekologi, och den väckte passionerad debatt bland ekologer eftersom den verkade så kontraintuitiv.
Ändå överraskande, när de slumpmässiga promenaderna i de neutrala modellerna fortskred, återgav de nyckeldrag av vad Hubbell och hans kollegor såg i sina data från Barro Colorado Island och vad andra har sett på andra håll. I denna modellering som nästan perverst inte erkänner några skillnader, finns det blixtar från den verkliga världen.
Den spänningen mellan modellerna och verkligheten har länge intresserat O'Dwyer. Varför verkade neutral teori fungera så bra? Fanns det något sätt att få in information om hur arter fungerar för att få resultat som kan se ännu mer realistiska ut?
En av de saker som gör neutrala modeller tilltalande, sa O'Dwyer, är att det verkligen finns djupa universaliteter bland många levande varelser. Även om djurarter inte är identiska, är de anmärkningsvärt lika på nivån av till exempel cirkulationssystemet. Samma siffror om fysiologi dyker upp om och om igen hos djur och växter, vilket kanske återspeglar begränsningarna i deras gemensamma evolutionära historia. Enligt en princip som kallas Kleibers lag, till exempel, ökar ämnesomsättningen hos ett djur i allmänhet med dess storlek, skalning som en maktlag - samma maktlag, oavsett art. (Flera teorier om varför Kleibers lag är sann har erbjudits, men svaret diskuteras fortfarande.)
Med tanke på dessa tecken på underliggande ordning, undrade O'Dwyer om vissa detaljer om hur organismer lever betyder mer än andra för att bestämma hur framgångsrikt arter kommer att konkurrera och överleva under evolutionär tid. Ta ämnesomsättningen igen: Om ett ekosystem kan ses som ett uttryck för dess invånares ämnesomsättning, så är organismernas storlekar speciella, betydande siffror. En individs storlek kan vara mer användbar för att modellera dess öde över tid än hur många andra detaljer som helst om dess diet eller artidentitet.
O'Dwyer undrade om en av dessa avgörande, privilegierade faktorer kunde fångas av livshistorien, ett koncept som kombinerar artstatistik som genomsnittligt antal avkommor, tid till sexuell mognad och livslängd. Föreställ dig en tomt med 50 enskilda växter. Var och en har sin egen livslängd, sitt eget reproduktionsmönster. Efter tre månader kan en växt producera 100 frön, medan en annan liknande producerar 88. Kanske kommer 80% av deras frön att gro och producera nästa generation, som kommer att gå igenom sin egen version av denna cykel. Även inom en art kommer antalet enskilda växter att variera, ibland lite, ibland mycket, ett fenomen som kallas demografiskt brus. Om denna variation är slumpmässig, på samma sätt som Hubbells neutrala teori, vilka mönster kommer att uppstå under successiva generationer?
O'Dwyer visste att han hade hittat någon som kunde hjälpa honom att utforska den frågan när Jops gick med i hans labb som doktorand. Jops hade tidigare studerat om modeller som använder livshistorier kunde förutsäga om en sårbar växtart skulle överleva eller om den var på väg ut. Tillsammans började de slå ut matematiken som skulle beskriva vad som händer när livshistoria möter konkurrens.
I Jops och O'Dwyers modell, liksom i neutrala modeller, är stokasticitet - inverkan av slumpmässiga faktorer på deterministiska interaktioner mellan arterna - viktig. Arternas livshistoria kan dock förstärka eller minska effekterna av denna slumpmässighet. "Livshistoria är en sorts lins genom vilken demografiskt brus fungerar," sa O'Dwyer.
När forskarna lät sin modell utvecklas genom tiden och satte varje simulerad individ genom sina takter, fann de att vissa arter kunde bestå bredvid varandra under långa perioder även om de konkurrerade om samma resurser. Jops och O'Dwyer tittade djupare in i siffrorna för att få en förklaring och fann att en komplex term som kallas effektiv populationsstorlek verkade användbar för att beskriva en sorts komplementaritet som kan existera mellan arter. Den inkapslade det faktum att en art kan ha hög dödlighet vid en punkt i sin livscykel, sedan låg dödlighet vid en annan, medan en komplementär art kan ha låg dödlighet vid den första punkten och hög dödlighet vid den andra. Ju mer lik denna term var för två arter, desto mer sannolikt var det att ett par kunde leva bredvid varandra trots att de konkurrerade om utrymme och näring.
"De upplever demografiskt brus med samma amplitud," sa O'Dwyer. "Det är nyckeln för att de ska kunna leva tillsammans länge."
Beskrivning
Forskarna undrade om liknande mönster rådde i den verkliga världen. De ritade på COMPADRE databas, som innehåller detaljer om tusentals växt-, svamp- och bakteriearter som samlats in från en mängd olika studier och källor, och de nollställde fleråriga växter som alla levde tillsammans i samma forskningsfält. De upptäckte att, som deras modell hade förutspått, växtarterna som levde tillsammans hade nära matchande livshistorier: Par av arter som lever i samma ekosystem tenderar att vara mer komplementära än slumpmässigt dragna par.
Fynden föreslår sätt på vilka arter som inte nödvändigtvis är i direkt konkurrens skulle kunna fungera bra vid sidan av varandra utan att åberopa distinkta nischer, sade Annette Ostling, professor i biologi vid University of Texas, Austin. "Den coolaste delen är att de lyfter fram att dessa idéer ... kan sträcka sig till arter som är ganska olika men kompletterar varandra," sa hon.
Till William Kunin, professor i ekologi vid University of Leeds i England, föreslår uppsatsen en anledning till varför den naturliga världen, trots all sin komplexitet, kan likna en neutral modell: Ekologiska processer kan ha ett sätt att upphäva varandra, så att det som verkar som oändlig variation kan få ett enkelt resultat som han beskrev som "emergent neutralitet." Hubbell, å sin sida, uppskattar utvidgningen av sitt ursprungliga arbete. "Den ger några tankar om hur man generaliserar neutrala modeller, för att justera dem för att lägga in lite artskillnader, expandera och dra ihop sig för att se vad som händer med mångfalden i ett lokalt samhälle," sa han.
Detta är bara en bit ur problemet med att förstå hur biologisk mångfald uppstår och varför den kvarstår. ”Inom ekologi kämpar vi med förhållandet mellan mönster och process. Många olika processer kan producera samma mönster, säger Ostling. O'Dwyer hoppas att mer data om den verkliga världen under de kommande åren kan hjälpa forskare att urskilja om effektiv befolkningsstorlek konsekvent kan förklara samexistens.
Kunin hoppas att uppsatsen ska inspirera andra att fortsätta arbeta med idéer från neutral teori. I ett område där individers unika egenskaper, snarare än deras gemensamma drag, länge har hållit i kraft, har neutral teori tvingat ekologer att vara kreativa. "Det har sparkat oss ur våra mentala hjulspår och fått oss att tänka på vilka saker som verkligen betyder något", sa han.
Hubbell, som släppte lös neutral teori om ekologi för så många år sedan, undrar om verkligt enorma datauppsättningar om verkliga skogar skulle kunna ge den typ av detaljer som behövs för att göra förhållandet mellan livshistoria och biologisk mångfald tydligare. "Det här är den typ av byggnad på neutral teori som jag hoppades skulle hända", sa han om den nya tidningen. "Men det är bara ett litet steg mot att verkligen förstå mångfald."
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
- Källa: https://www.quantamagazine.org/the-key-to-species-diversity-may-be-in-their-similarities-20230626/
- : har
- :är
- :inte
- :var
- ][s
- $UPP
- 100
- 2%
- 2001
- 50
- a
- Able
- Om oss
- AC
- Enligt
- Konto
- exakt
- Efter
- igen
- sedan
- Alla
- vid sidan av
- också
- amason
- bland
- an
- och
- Angeles
- djur
- djur
- Annan
- svara
- vilken som helst
- lockande
- tillvägagångssätt
- ÄR
- runt
- Ankommer
- AS
- At
- austin
- genomsnitt
- Bebis
- baserat
- BE
- därför att
- varit
- började
- bakom
- mellan
- biologi
- Bit
- föra
- Byggnad
- men
- by
- beräknat
- kalifornien
- kallas
- KAN
- fångas
- vissa
- klarare
- klocka
- nära
- kollegor
- Colorado
- kombinerar
- kommande
- samfundet
- konkurrera
- tävlande
- konkurrens
- konkurrenter
- komplementär
- fullständigt
- komplex
- Komplexiteten
- begrepp
- begränsningar
- upphandlande
- kunde
- räkna
- Kreativ
- gröda
- avgörande
- cykel
- datum
- datauppsättningar
- diskussion
- årtionden
- djupare
- demografiska
- beskriva
- beskriven
- Trots
- detalj
- detaljer
- bestämmande
- DID
- Diet
- skillnader
- olika
- rikta
- upptäckt
- avvikelse
- distinkt
- skilja på
- fördelning
- Mångfald
- dras
- varje
- Tidig
- Ekologisk
- ekosystemet
- ekosystem
- effekt
- Effektiv
- effekter
- annorstädes
- framträda
- möjliggöra
- inkapslad
- Endless
- England
- tillräckligt
- uppskattningar
- Även
- Varje
- utvecklas
- exempel
- existerar
- expanderande
- expansionen
- erfarenhet
- Förklara
- Förklarar
- förklaring
- utforska
- Uttrycket
- förlänga
- extinktion
- Ansikte
- Faktum
- faktorer
- ödet
- Funktioner
- få
- fält
- resultat
- Förnamn
- För
- skog
- hittade
- fyra
- från
- fungera
- allmänhet
- generering
- generationer
- skaffa sig
- Go
- uppgradera
- banbrytande
- hade
- Hälften
- hammaren
- hända
- händer
- Har
- he
- kraftigt
- Held
- hjälpa
- hjälper
- Hög
- belysa
- höggradigt
- honom
- hans
- historia
- hoppas
- hoppas
- hus
- Hur ser din drömresa ut
- How To
- Men
- http
- HTTPS
- i
- idéer
- identiska
- identifierade
- Identitet
- if
- Illinois
- bild
- enorma
- med Esport
- in
- Ökar
- individuellt
- individer
- påverka
- informationen
- inledande
- inspirerar
- inspirerat
- interaktioner
- intresserad
- in
- ö
- IT
- DESS
- fogade
- bara
- bara en
- Ha kvar
- Nyckel
- Snäll
- Vet
- lab
- till stor del
- Lag
- ledande
- t minst
- mindre
- Nivå
- livet
- tycka om
- sannolikt
- linje
- liten
- lever
- levande
- lokal
- Lång
- länge sedan
- se
- såg
- du letar
- den
- Los Angeles
- Lot
- Låg
- gjord
- magasinet
- göra
- sätt
- många
- matchande
- matte
- Materia
- förfall
- Maj..
- betyder
- möter
- Medlemmar
- mentala
- Metabolism
- kanske
- modell
- modellering
- modeller
- månader
- mer
- mest
- Natural
- Natur
- nödvändigtvis
- behövs
- Neutral
- Nya
- Nästa
- NIH
- Nej
- Brus
- Lägga märke till..
- antal
- nummer
- näringsmässiga
- Odds
- of
- erbjuds
- Erbjudanden
- Ofta
- on
- gång
- ONE
- endast
- or
- beställa
- Övriga
- Övrigt
- vår
- ut
- Resultat
- konkurrerande
- över
- egen
- par
- par
- Panama
- Papper
- del
- särskilt
- Mönster
- mönster
- kanske
- perioder
- kvarstår
- Fenomenet
- planet
- Växter
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Punkt
- befolkning
- kraft
- förutse
- förutsagda
- Förutsägelser
- pretty
- rådde
- tidigare
- Principen
- privilegierat
- Problem
- process
- processer
- producera
- producerar
- producerande
- Produkter
- Professor
- Framsteg
- utvecklats
- sätta
- sätta
- kvaliteter
- fråga
- slumpmässig
- slumpmässighet
- SÄLLSYNT
- Betygsätta
- snarare
- verklig
- verkliga världen
- realistisk
- Verkligheten
- verkligen
- Anledningen
- registreras
- minska
- relation
- UPPREPAT
- reproduktion
- forskning
- forskare
- Resurser
- Resultat
- höger
- Roll
- Nämnda
- Samma
- såg
- säga
- säger
- skalning
- Andra
- se
- frön
- verka
- verkade
- verkar
- sett
- skickas
- in
- uppsättningar
- flera
- Sexuell
- Dela
- delas
- hon
- skall
- signifikant
- Tecken
- liknande
- Likheterna
- Enkelt
- Storlek
- storlekar
- So
- några
- någon
- något
- Källor
- Utrymme
- span
- spann
- speciell
- stabil
- igång
- startar
- statistik
- Steg
- Fortfarande
- Kamp
- student
- studerade
- studier
- framgångsrik
- Framgångsrikt
- sådana
- föreslå
- Föreslår
- överleva
- Vingla
- system
- Ta
- grupp
- termin
- texas
- än
- den där
- Smakämnen
- världen
- deras
- Dem
- sedan
- teoretiska
- Teorin
- Där.
- Dessa
- de
- saker
- tror
- detta
- de
- fastän?
- tusentals
- tre
- Genom
- tid
- till
- tillsammans
- alltför
- mot
- traditionell
- träd
- Träd
- sann
- verkligen
- två
- UCLA
- underliggande
- förståelse
- unika
- universitet
- University of California
- avfyrade
- tills
- us
- med hjälp av
- mängd
- version
- Sårbara
- var
- Sätt..
- sätt
- we
- webp
- VÄL
- były
- Vad
- när
- om
- som
- medan
- VEM
- varför
- bredare
- kommer
- med
- inom
- utan
- Arbete
- arbetssätt
- fungerar
- världen
- skulle
- år
- år
- Avkastning
- zephyrnet