Nguyên tắc ổn định hệ sinh thái
Trong một hệ sinh thái, các loài khác nhau có thể có ảnh hưởng tiêu cực đến nhau. Ví dụ, báo săn ngựa vằn và cây cối trong rừng cạnh tranh ánh sáng với nhau. Ngược lại, các loài có thể ảnh hưởng tích cực đến nhau, giống như ong thụ phấn cho hoa. Vào những năm 1970, nhà toán học và sinh vật học nổi tiếng Robert May thuộc Đại học Oxford (Anh) đã dự đoán sự sụp đổ của các cộng đồng sinh thái, chẳng hạn như cây cối trong rừng nhiệt đới, động vật ở thảo nguyên hoặc cá ở các rạn san hô. Theo May, một hệ sinh thái có thể trở nên không ổn định và sụp đổ nếu nó chứa quá nhiều loài hoặc nếu mạng lưới kết nối giữa chúng quá chặt chẽ. Nói cách khác, theo lý thuyết của May, các hệ sinh thái nhỏ trong tự nhiên thường được đặc trưng bởi các liên kết mạnh, trong khi các hệ thống lớn được đặc trưng bởi các liên kết yếu. Lý thuyết của May rất khó chứng minh vì rất khó để đo đạc những mạng lưới sinh thái này.
Hoạt động của hệ sinh thái vi sinh vật
Trong nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Nature Ecology & Evolution , Yogev Yonatan và Guy Amit từ nhóm nghiên cứu của TS Amir Bashan thuộc Khoa Vật lý, Đại học Bar-Ilan (Israel), phối hợp với TS Yonatan Friedman của Đại học Hebrew (Jerusalem), đã chứng minh bằng chứng về lý thuyết của May trong hệ sinh thái vi sinh vật.
Các mô hình phức tạp - ổn định trong các cộng đồng vi sinh vật tự nhiên.
Hệ vi sinh vật có tầm quan trọng lớn đối với sức khỏe của chúng ta, chẳng hạn như tiêu hóa và hấp thụ các chất dinh dưỡng cũng như rèn luyện hệ thống miễn dịch của con người. Sự phá vỡ cân bằng sinh thái có nhiều tác động xấu đến sức khỏe thể chất và tinh thần của con người, từ béo phì đến thần kinh và các bệnh lý tâm thần khác nhau, nguy cơ mắc các bệnh mạn tính như tiểu đường, ung thư. Một số biện pháp can thiệp đã được đưa ra để duy trì sự cân bằng lành mạnh, bao gồm các yếu tố như chế độ ăn uống, lượng lợi khuẩn, thuốc kháng sinh và cấy ghép phân. Bên ngoài cơ thể con người, vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các điều kiện sống của các sinh vật lớn hơn. Chúng cần thiết cho sự phân hủy chất dinh dưỡng, điều chỉnh quá trình sản xuất và phân hủy các khí trong khí quyển, bao gồm khí nhà kính, mêtan, carbon dioxide…
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp tính toán mới cho phép ước tính mức độ kết nối trong hệ sinh thái (thước đo số lượng kết nối trong mạng và độ mạnh của chúng) bằng cách phân tích một lượng lớn dữ liệu từ nhiều cộng đồng vi sinh vật khác nhau mà không cần phải tạo một bản đồ chi tiết về tất cả các tương tác, tương tự như cách đo nhiệt độ của một cốc nước mà không cần biết đầy đủ về vận tốc và vị trí của từng phân tử nước.
Ban đầu, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp mới trên dữ liệu mô phỏng về động lực sinh thái. Sau đó, họ phân tích dữ liệu từ hàng nghìn mẫu quần thể vi khuẩn từ các cơ quan khác nhau trong cơ thể người và từ các quần thể vi khuẩn sống trên bọt biển ở các rạn san hô ở nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới. Trong mỗi môi trường sinh thái, họ so sánh số lượng các loài khác nhau trong quần thể vi khuẩn và mức độ kết nối của mạng lưới sinh thái và tìm ra bằng chứng ban đầu về sự tồn tại của nguyên tắc ổn định của Robert May trong các hệ thống này.
Nguyên tắc ổn định là các quy tắc quy định sự tiến hóa của hệ sinh thái trong một môi trường cụ thể, giúp trả lời các câu hỏi như tại sao các quần thể vi khuẩn khác nhau lại phát triển ở những nơi khác nhau hoặc tại sao số lượng loài lại khác nhau giữa các nơi. Lý do thứ 2 là các hệ sinh thái có thể sụp đổ do con người làm xáo trộn cân bằng sinh thái. Điều này đúng với các rạn san hô ở Úc và rừng nhiệt đới ở Brazil, và điều này cũng đúng với các quần thể vi khuẩn ở người và trong môi trường. Điều quan trọng là phải đánh giá mức độ gần như sụp đổ của các hệ thống này để chúng ta biết cách tránh không làm hỏng và cách phục hồi chúng.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, số lượng các loài vi khuẩn khác nhau có thể tồn tại trong cùng một môi trường sinh thái bị giới hạn bởi mức độ tương tác giữa chúng. Ví dụ, trong ruột, nơi có nhiều thức ăn cho vi khuẩn và ít cạnh tranh gay gắt hơn về nguồn thức ăn, chúng ta tìm thấy hàng chục đến hàng trăm loại vi khuẩn khác nhau. Điều ngược lại xảy ra ở những nơi khác, nơi cạnh tranh gay gắt và số lượng loài ít. Việc hiểu các nguyên tắc ổn định của quần thể vi khuẩn là đặc biệt quan trọng khi chúng ta quan tâm đến việc phát triển các phương pháp điều trị bao gồm tác động, thay đổi và kiểm soát các thành phần của chúng.
Mai Văn Thủy (theo phys.org)