p Um modelo matemático criado por pesquisadores da Universidade de Illinois poderia ajudar os cientistas a entender melhor uma característica intrigante das comunidades microbianas:sua capacidade de alcançar estabilidade, apesar de serem tão diversas. p Comunidades microbianas são grupos de microrganismos que existem em uma variedade de ambientes - no solo, nos oceanos, e em nossos corpos. Embora essas comunidades sejam complexas e diversificadas, eles são capazes de formar ecossistemas estáveis.

p A estabilidade pode ser definida como a forma como a comunidade lida com as mudanças. Comunidades estáveis ​​são capazes de resistir a uma mudança no suprimento de nutrientes ou à invasão de uma nova espécie. Comunidades menos estáveis ​​são propensas a mudanças em face dessas rupturas.

p Sergei Maslov, um Bliss Faculty Scholar, professor de bioengenharia, e um membro do corpo docente no tema Biocomplexidade no Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica, e Akshit Goyal, um acadêmico visitante do Centro Simons para o Estudo de Máquinas Vivas do NCBS, em Bengaluru, Índia, colaboraram anteriormente em um modelo preditivo para medir a estabilidade da comunidade microbiana com base em um conceito econômico chamado de "problema de casamento estável", conforme publicado em The ISME Journal . Recentemente, eles criaram um modelo matemático para entender melhor como as comunidades microbianas funcionam e mantêm a estabilidade.

p "Você tem centenas - senão milhares - de espécies coexistindo no mesmo pequeno volume, "Maslov disse." É quase como uma floresta tropical em miniatura.

p Seu estudo, publicado em Cartas de revisão física , foi reconhecido como escolha do editor da revista e acompanhado por um artigo popular da APS Focus.

p Seu trabalho aborda três aspectos característicos das comunidades microbianas. O primeiro é a diversidade, a quantidade de espécies que coexistem na comunidade. O segundo é a estabilidade, e o terceiro é reprodutibilidade, que é a frequência com que uma determinada espécie estará presente em uma comunidade.

p Maslov novamente compara esse aspecto a uma floresta tropical. Uma floresta tropical na América do Sul e uma floresta tropical na África podem parecer semelhantes, mas cada um contém espécies diferentes. Faz sentido que seja o caso - é improvável que uma espécie nativa da África migre para a América do Sul.

p "Em comunidades microbianas, não podemos fazer este argumento, "Maslov disse." Todos os micróbios, com bastante frequência, são transportados de um lugar para outro, e ainda assim você pode ter diferentes conjuntos de espécies em manchas de solo próximas. "

p Seu modelo considerou isso para tentar entender quais espécies são sempre compartilhadas universalmente nas comunidades microbianas, e quais espécies são únicas.

p Eles descobriram que um ingrediente-chave em seu modelo era um processo conhecido como alimentação cruzada. Micróbios consomem nutrientes e, em seguida, excretam subprodutos metabólicos, que retornam ao espaço compartilhado da comunidade microbiana e são consumidos por outros micróbios.

p “O que vemos em nosso modelo é o surgimento de vários níveis de consumo de um nutriente, "Maslov disse." Alguns micróbios estão no nível superior, onde eles podem acessar diretamente o nutriente fornecido externamente. Alguns outros micróbios se especializam em tudo o que é um produto residual deste primeiro micróbio, e assim por diante."

p Maslov e Goyal queriam ver quantos níveis de consumo poderiam coexistir em uma comunidade, e descobriram que depende de quão rápido os micróbios crescem - o crescimento lento promove maior diversidade e um maior número de níveis.

p Outro fator importante na capacidade de funcionamento da comunidade é a maturidade do ecossistema. Ecossistemas maduros contêm mais espécies, e essas espécies são mais eficientes na utilização de seus recursos. Eles usaram seu modelo para caracterizar quanto tempo é necessário para descrever uma comunidade como um ecossistema maduro.

p "Estamos tentando entender o que torna estáveis ​​determinados estados, e quantos desses estados estáveis ​​existem, "Maslov disse." Qual é a gama de perturbações que um estado pode tolerar antes de mudar para outra coisa ou entrar em colapso? "

p Este trabalho tem implicações para ecossistemas maiores em todo o mundo.

p "Obviamente, queremos entender a estabilidade do ponto de vista de que estamos perturbando o meio ambiente de uma forma sem precedentes, "Maslov disse." Queremos entender até onde podemos ir antes que tudo desmorone. "

p Se os cientistas podem entender isso melhor, eles podem um dia aprender como controlar ecossistemas microbianos. Por exemplo, um microbioma do solo talvez pudesse ser alterado para um estado diferente adicionando micróbios ou nutrientes. Como os sistemas são tão complexos e diversos, isso é atualmente impossível de alcançar.

p "É por isso que nosso Santo Graal, neste e no futuro trabalho, é ser capaz de controlar de forma previsível e confiável as transições do ecossistema do estado em que se encontra para o estado que desejamos, "Maslov disse." Queremos ser capazes de fazer isso sem realmente ter algum colapso. "