Бръсначът на Окам: Симбиозата- Модел на Волтера – Лотка

Разбираме ли правилно значението на думата "симбиоза"? Какво представлява тя в малко по-голям мащаб? Четете повече в тазседмичното издание на Бръсначът на Окам:

Живите организми не могат да съществуват сами за себе си. Работата на микробиолога Лин Маргулис (Lynn Margulis) – един от съавторите на теорията "Гея" доказва, че ние сме много по-взаимосвързани, отколкото досега сме предполагали. Според нейната теория за ендосимбиозата, симбиозата е главната, управляваща сила за еволюцията.

Какво е симбиоза?

Преди всичко трябва да се уточни значението на самия термин симбиоза. По традиция говорим за симбиозата като взаимноизгодни отношения на два вида. Вече под симбиоза се разбират всички възможни форми на съвместно съществуване на различни видове организми – симбионти. Симбионти в широкия смисъл на думата се разбират членове на някакво закономерно повтарящо се съжителство. Числеността на тези взаимодействащи си групи се изменя във времето по нелинейни закони и може да се опише с прост математически модел.

Модел на Волтера – Лотка

В темата за Дървото на Фейгенбаум изследвахме ръста на популацията на един вид. Математическият модел за съвместното съществуване на два биологични вида може да се опише със система диференциални уравнения, известна най-вече за частния случай от типа "хищник – жертва" . Този най-прост модел на взаимодействие между хищника и жертвата или ресурси и потребители се нарича модел Лотка-Волтера. Открит е почти едновременно (1925 – 1926 г), от италианския математик Вито Волтера – основател на математическата биология и от Лотка, американец от полски произход.

където x1 – численост на популацията на първи вид (жертви);
  x2 – численост на популацията на втори вид (хищници);
dxi /dt – скорост на промяна на числеността;
ai – скорост на увеличение (намаление) на популациите в отсъствие на другия вид (раждаемост);
ci – коефициент на самоограничение на численността(вътрешно видова конкуренция)
bij – коефициент на взаимодействие между видовете.Стойностите му са в следващата таблица.

Трябва да се отбележи, че тази система описва и автокаталитичната реакция на Белоусов-Жаботински , което още веднъж доказва единството между законите, управляващи живата и нежива природа.

Видове симбиоза

Всеки член от симбионтната система може да изпитва само три вида ефекта: полза (+), вреда (—) или безразличие (0). Възможни са 6 съчетания от тези ефекти. Джон Мейер (John R. Meyer) представя следната таблица за типовете симбиоза, допълнена с коефициентите bij от системата уравнения:  

Симбиоза Вид 1
+ 0
Вид 2 + Мутуализъм   Коменсализъм Паразитизъм (хищник – жертва)
b12>0; b21>0 b12>0; b21=0 b12>0; b21<0
0 Коменсализъм Неутралност Аменсализъм
b12=0; b21>0 b12=0; b21=0 b12=0; b21<0
Паразитизъм (хищник – жертва) Аменсализъм Конкуренция
b12<0; b21>0 b12<0; b21=0 b12<0; b21<0

Хората – колония от симбиотични гени

"Взаимноизгодните симбиотични отношения са често срещани сред животни и растения. На пръв поглед лишеите изглеждат отделни растения като всяко друго. Но в действителност се състои от гъбички и зелени водорасли в тясна симбиоза. Нито един от тях не може да съществува без другия. Ако техният съюз стане още малко по-близък, вече не бихме могли да кажем, че на лишеите се състоят от два организма. Може би има и други организми, състоящи се от свързани заедно представители на два или повече видове, а ние просто не ги знаем? Може би такива сме и самите ние?

Във всяка една от нашите клетки има множество малки телца, наречени митохондрии. Митохондриите – са химически фабрики, които доставят по-голямата част от необходимата ни енергия. Загубата на митохондриите ще ни доведе до смърт за няколко секунди. Има правдоподобно предположението, че по произход митохондриите са симбиотични бактерии, които са влезли в съюз с нашите клетки в много ранен етап на еволюцията (За това съм разказала в темата за Ендогенезис, по-точно тук). Подобни предположения се изказват и относно други малки тела, намиращи се в нашите клетки. Това е един от тези революционни идеи, които е трудно да се приемат изведнъж – към тях трябва да се привикне, но вече е дошло времето за това. Аз излагам хипотезата, че в бъдеще, ние ще приемем още по-радикалната идея, че всеки един от нашите гени е симбиотична единица. Хората представляват огромна колония от симбиотични гени. Да се говори за наличието на доказателства в полза на тази идея засега не може, но както се опитах да покажа в предишните глави, тя всъщност се корени в нашите представи за естеството на действията на гените в организмите с полово размножаване. Логично е да се предположи, че вирусите са гени, откъснали се от такива колонии като човека. Вирусите се състоят от чисто ДНК (или подобна самовъзпроизвеждаща се молекула), обградена с протеинова обвивка. Всички те са паразити. Предполага се, че са възникнали от “разбунтували се” гени, които са се освободили и в момента пътуват от тяло в тяло директно чрез въздуха, а не по по-традиционния начин – в такива “автомобили” като сперматозоидите и яйцеклетките. Ако това е така, тогава бихме могли, със същия успех да разглеждаме себе си като колония от вируси. Някои от тези вируси се държат като симбионти, преминавайки от тяло в тяло в сперматозоидите и яйцеклетките. Това са нашите нормални “гени”. Другите водят паразитен начин на живот и пътешестват с всички достъпни им средства. Ако тази паразитна ДНК се придвижва в сперматозоидите и яйцеклетките, то тя може би представлява този “парадоксален” излишък от ДНК, за който споменах в глава 3 . Ако тя се придвижваше по въздуха или по други преки пътища, тогава я наричат “вирус” в обичайния смисъл.

Всичко това обаче са спекулации за бъдещето." – от "Егоистичният ген" – Р. Докинз

Повече: "Симбиозата- Модел на Волтера – Лотка"

Вашият коментар