भौतिकविदों ने जैव विविधता शस्त्र-रेस विरोधाभास को हल किया: "किल द विनर"

पारिस्थितिक तंत्र तब कामयाब होते हैं, जब ऐसे जीवों की बहुतायत होती है जो अद्वितीय कार्यों को करने में सक्षम होते हैं और अलग-अलग निशानों को भरते हैं। इसकी एक अल्पविकसित तस्वीर यह होगी कि कैसे पौधे सूर्य के प्रकाश और पानी और पोषक तत्वों को विकसित करने के लिए उपयोग करते हैं, शाकाहारी पौधे खाते हैं, मांसाहारी शाकाहारी खाते हैं, और कवक सभी मृत पदार्थों को वापस लेने के लिए पौधों के पोषक तत्वों का उपयोग करते हैं। कुछ जीव एक ही कार्य करते हैं, जैसे एक ही शिकार का उपभोग करना, और इस भूमिका के लिए सीधे एक दूसरे के खिलाफ प्रतिस्पर्धा करना। वैज्ञानिकों ने प्रजातियों की इस समृद्धि को "जैव विविधता" के रूप में वर्णित किया है, लेकिन हमेशा इसकी जटिलता की पूरी समझ बनाने के लिए संघर्ष किया है, और जैव विविधता के कुछ विरोधाभासी प्रभावों को समेट लिया है।

इन प्रमुख प्रश्नों में से एक है जिसे विविधता विरोधाभास के रूप में जाना जाता है: एक श्रेष्ठ प्रजाति अपने सभी जैविक पड़ोसियों का मुकाबला क्यों नहीं करती है और उन्हें विलुप्त होने के लिए प्रेरित करती है। वैज्ञानिकों को अंततः इस पहेली का एक संकल्प हो सकता है। जर्नल में 28 दिसंबर को प्रकाशित एक पेपर में शारीरिक समीक्षा पत्र, भौतिकी के प्रोफेसर निगेल गोल्डनफील्ड, पीएच.डी. और उनके स्नातक छात्र ची Xue, दोनों कार्ल आर। वोइस इंस्टीट्यूट ऑफ जीनोमिक बायोलॉजी के लिए इलिनोइस विश्वविद्यालय में अर्बाना-शैंपेन में, माइक्रोबियल पुरुषों की हथियारों की दौड़ के माध्यम से विविधता विरोधाभास की जांच करते हैं।

बैक्टीरिया का शिकार करने वाले वायरस के उदाहरण का उपयोग करते हुए, गोल्डनफ़ील्ड और ज़ू दिखाते हैं कि कैसे शिकारी और शिकार एक-दूसरे से बाहर निकलने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। वायरल के हमले का सामना करने के लिए बैक्टीरिया बेहतर बचाव विकसित करते हैं, और वायरस उन बचावों को दूर करने के तरीके विकसित करते हैं। बेहतर शिकारियों को एक शिकारी के रूप में पालन करने में बेहतर है, जितना संभव है कि वह अपने शिकार को कम करने की संभावना है - और इसलिए स्वयं। इस घटना को "किल द विनर" कहा जाता है, और गोल्डनफ़ील्ड और ज़ू का कहना है कि यह विविधता विरोधाभास को हल कर सकता है।

शिकारियों और उनके शिकार बहुत कुछ हैं जैसे विले ई। कोयोट और रोड रनर: वे हमेशा एक हथियार की दौड़ में होते हैं, यह देखने के लिए कि कौन दूसरे को आउटसोर्स कर सकता है, लेकिन वे भी एक तरह के सद्भाव में रहते हैं। यदि Wile E. Coyote एक जाल सेट करता है, तो रोड रनर इसे से बचने के लिए एक अलग मार्ग लेता है। फिर विले ई। कोयोट दो जाल लगा सकता है, एक मुख्य मार्ग पर और दूसरा चक्कर पर। लेकिन अगर यह सफल हो जाए तो क्या होगा? कौन है जो शिकार करने के लिए बचा है?

अगर Wile E. Coyote वास्तव में एक सफल शिकारी था, तो यह दोनों को ही चलाएगा तथा सड़क धावक के विलुप्त होने के लिए। यह डायनामिक एक है जो गोल्डनफ़ील्ड वायरस-बैक्टीरिया के संबंध में जांच करता है, यादृच्छिक जनसंख्या वृद्धि जैसे कारकों को ध्यान में रखता है। उन्होंने और ज़ू ने एक तथाकथित स्टोकेस्टिक मॉडल विकसित किया, जो कंप्यूटर सिमुलेशन को अधिक यथार्थवादी बनाने के लिए प्रकृति के कुछ यादृच्छिकता पर कब्जा करने का प्रयास करता है।

प्लवक के समुद्री जीवविज्ञान उदाहरण का उपयोग करना, जो बैक्टीरिया, शैवाल, प्रोटोजोआ और अन्य सूक्ष्मजीवों से बना है, गोल्डनफील्ड और ज़ू दिखाते हैं कि वायरस कैसे एक समुदाय के प्रतिस्पर्धी सदस्यों को नियंत्रण में रखते हैं। संक्षेप में, उनका तर्क है कि पारिस्थितिक समुदाय के लिए "स्थिर राज्य" जैसी कोई चीज नहीं है और यह हमेशा प्रवाह में है। उदाहरण के लिए, जैसा कि एक प्रोटोजोआ प्रजाति आबादी में बढ़ती है, इसके मेजबान-विशिष्ट वायरस का अधिक शिकार होता है। इसलिए, उस प्रोटोजोआ प्रजाति की आबादी अपने जीवाणु पड़ोसी के लिए और अधिक संसाधनों को छोड़कर वापस चली जाती है, जो तब अपने मेजबान-विशिष्ट वायरस के साथ एक समान उछाल और हलचल का अनुभव करता है।

इसलिए, ऐसी प्रणाली में स्पष्ट संतुलन आंशिक रूप से प्रतिस्पर्धा का परिणाम है - पारिस्थितिकी - और आंशिक रूप से आनुवंशिक भिन्नता का परिणाम है जो एक प्रजाति को अपने शिकारियों - विकास को बाहर करने की अनुमति देता है।

गोल्डनफील्ड और एक्सयू लिखते हैं, "हमारे परिणामों से दृढ़ता से पता चलता है कि विविधता पारिस्थितिक और विकासवादी प्रक्रियाओं के बीच गतिशील अंतर को दर्शाती है, और यह प्रणाली एक संतुलन पारिस्थितिक राज्य से कितनी दूर है (जैसा कि विचलन द्वारा निर्धारित किया जा सकता है)।"

उनका मॉडल, जिसे वे कोवोल्विंग किल द विनर मॉडल कहते हैं, न केवल पारिस्थितिकी के लिए बल्कि विकास के लिए भी जिम्मेदार है, और वे कहते हैं कि यह पिछले मॉडल की तुलना में बहुत अधिक समग्र है जो केवल संसाधन उपयोग के लिए खाते हैं।

“जीवाणु समुदाय के अंदर, विभिन्न उपभेदों में अलग-अलग विकास दर होती हैं। वे सह-अस्तित्व वाले, बिना किसी वर्चस्व वाले विजेताओं के साथ, मेजबान-विशिष्ट वायरस के कारण संबंधित उपभेदों को नियंत्रित करते हैं। इसके परिणामस्वरूप केटीडब्ल्यू डायनेमिक्स (बैक्टीरिया-प्लैंक्टन कोएक्सिस्टेंस और बैक्टीरियल स्ट्रेन कोएक्सिस्टेंस) के माध्यम से सह-अस्तित्व की दो परतें मिलती हैं, जो रूसी गुड़िया की तरह आराम करती हैं।"

क्या यह एक सही समाधान है? किसी भी तरह से नहीं। कोई भी कंप्यूटर मॉडल एक प्राकृतिक प्रणाली की सभी जटिलता को कैप्चर नहीं कर सकता है। लेकिन यह पिछले प्रयासों की तुलना में बहुत करीब है।