Paradoks planktona
U biologiji voda, paradoks planktona opisuje situaciju u kojoj ograničen raspon resursa podržava neočekivano širok raspon vrsta planktona, očigledno kršeći princip konkurentskog isključenja, koji tvrdi da kada se dvije vrste takmiče za isti resurs, jedna će biti dovedena do izumiranja.
Paradoks planktona proizlazi iz sukoba između uočene raznolikosti planktona i principa konkurentskog isključenja,[1] poznatog i kao Gauseov zakon,[2] koji kaže da, kada se dvije vrste takmiče za isti resurs, na kraju će samo jedna opstati, a druga će biti dovedena do izumiranja. Koegzistencija između dvije takve vrste je nemoguća jer će dominantna neminovno iscrpiti zajedničke resurse, čime će desetkovati populaciju inferiorne vrste.[3] Život fitoplanktona je raznolik na svim filogenetskim nivoima uprkos ograničenom rasponu resursa (npr. svjetlost, nitrati, fosfati, silicijumska kiselina, željezo) za koje se međusobno takmiče. Paradoks planktona je prvobitno opisao G. Evelyn Hutchinson 1961. godine, pri čemu je predložio da se on može objasniti faktorima kao što su vertikalni gradijenti svjetlosti ili turbulencije, simbioza ili komensalizam, diferencijalna predacija ili stalno promjenjivi uslovi okoline.[4]
Kasnija istraživanja su otkrila da se paradoks može riješiti faktorima kao što su: pritisak ispaše zooplanktona;[5] haotično kretanje fluida;[6] ispaša selektivna po veličini;[7] prostorno-vremenska heterogenost;[8] bakterijsko posredovanje;[9] ili fluktuacije u okolišu.[10] Općenito, istraživači ukazuju na to da ekološki i okolišni faktori kontinuirano međusobno djeluju tako da stanište planktona nikada ne dostigne ravnotežu pri kojoj se favorizira samo jedna vrsta.
Iako se dugo pretpostavljalo da turbulencija remeti nakupine planktona na prostornim skalama manjim od nekoliko metara, istraživači su upotrebom analize distribucije planktona na maloj skali otkrili da one formiraju agregacijske mrlje (reda veličine 10 cm) koje imaju dovoljan životni vijek (više od 10 minuta) da omoguće planktonu ispašu, konkurenciju i infekciju.[11]
Jedno potencijalno rješenje paradoksa je kontrola populacija planktona pomoću morskih litičkih virusa. Morski virusi igraju važnu ulogu u ekologiji bakterija i planktona. Oni su značajna komponenta biogeohemijskog ciklusa[12] i horizontalnog transfera gena u bakterijskim i planktonskim zajednicama. Virusi su najbrojniji organizmi u okeanu i imaju sposobnost da vrlo brzo iscrpe populacije domaćina. Morski virusi inficiraju određene vrste domaćina, te stoga obilje virusa može brzo i efikasno promijeniti strukturu fitoplanktona i bakterijskih zajednica. Putem litičkog ciklusa, virus nailazi na domaćina i umnožava se sve dok ćelija ne eksplodira, oslobađajući viruse. Virusi također mogu ući u lizogeni ciklus, u kojem virus upisuje svoju DNK u genom domaćina. Kada fitoplanktonska vrsta uđe u period cvjetanja, koncentracija ćelija se povećava i mnoge mete iznenada postaju dostupne virusima.[13]
Jedno objašnjenje paradoksa planktona je hipoteza "dinamike procvata i pada", također poznata kao "ubij pobjednika". Tokom cvjetanja fitoplanktona, pojedinačna vrsta se brzo razmnožava u idealnim uvjetima, što povećava koncentraciju njenih ćelija u nekom području, nadmašujući ostale vrste fitoplanktona. Taj "procvat" broja ćelija-domaćina stvara priliku za brzu infekciju virusima, što dovodi do "pada" u kojem populacija fitoplanktona brzo opada. To stvara veliku prazninu u lokalnoj ekologiji fitoplanktona i pruža priliku drugim vrstama da ju popune i nastave rasti. Takva kontrola populacije virusima stvara vremensku i prostornu raznolikost u zajednicama fitoplanktona. Dugoročna kontrola rezultira time što virus sprječava da se prethodno dominantne vrste namnože tokom budućih cvjetanja.[14]
- ↑ Hardin, G. (1960). „The Competitive Exclusion Principle”. Science 131 (3409): 1292–1297. Bibcode 1960Sci...131.1292H. DOI:10.1126/science.131.3409.1292. PMID 14399717.
- ↑ Gause, G. F. (1932). „Experimental Studies on the Struggle for Existence - I. Mixed Population of Two Species of Yeast”. Journal of Experimental Biology 9: 389–402. Bibcode 1932JExpB...9..389G. DOI:10.1242/jeb.9.4.389.
- ↑ Johnson, Christopher A.; Bronstein, Judith L. (2019). „Coexistence and competitive exclusion in mutualism” (en). Ecology 100 (6): e02708. Bibcode 2019Ecol..100E2708J. DOI:10.1002/ecy.2708. ISSN 1939-9170. PMID 30924140.
- ↑ Hutchinson, G. E. (1961) The paradox of the plankton. American Naturalist 95, 137-145.
- ↑ McCauley, E.; Briand, F. (1979). „Zooplankton grazing and phytoplankton species richness: Field tests of the predation hypothesis”. Limnology and Oceanography 24 (2): 243–252. Bibcode 1979LimOc..24..243M. DOI:10.4319/lo.1979.24.2.0243.
- ↑ Károlyi, G., Péntek, Á., Scheuring, I., Tél, T., Toroczkai, Z. (2000) Chaotic flow: the physics of species coexistence. Proceedings of the National Academy of Sciences 97, 13661-13665.
- ↑ Wiggert, J.D., Haskell, A.G.E., Paffenhofer, G.A., Hofmann, E.E. and Klinck, J.M. (2005) The role of feeding behavior in sustaining copepod populations in the tropical ocean Arhivirano 2008-09-05 na Wayback Machine-u. Journal of Plankton Research 27, 1013-1031.
- ↑ Miyazaki, T., Tainaka, K., Togashi, T., Suzuki, T. and Yoshimura, J. (2006) Spatial coexistence of phytoplankton species in ecological timescale „Science Links Japan | Spatial coexistence of phytoplankton species in ecological timescale”. Arhivirano iz originala na datum 2007-09-27. Pristupljeno 2007-06-06.. Population Ecology 48(2), 107-112.
- ↑ Newhook, R.; Briand, F. (1987). „Bacteria as structuring agents in lakes: Field manipulations with bacterioplankton”. Archiv für Hydrobiologie 109 (1): 121–138. DOI:10.1127/archiv-hydrobiol/109/1987/121. ISSN 0003-9136.
- ↑ Descamps-Julien, B.; Gonzalez, A. (2005). „Stable coexistence in a fluctuating environment: An experimental demonstration”. Ecology 86 (10): 2815–2824. Bibcode 2005Ecol...86.2815D. DOI:10.1890/04-1700. Arhivirano iz originala na datum 17 November 2006. Pristupljeno 18 October 2014.
- ↑ Mitchell, J.G., Yamazaki, H., Seuront, L., Wolk, F., Li, H. (2008) Phytoplankton patch patterns: Seascape anatomy in a turbulent ocean. Journal of Marine Systems 69, 247-253.
- ↑ Mayers, Kyle M.J. (30 January 2023). „Grazing on Marine Viruses and Its Biogeochemical Implications”. mBio 14 (1): e0192121. DOI:10.1128/mbio.01921-21. PMC 9973340. PMID 36715508.
- ↑ Breitbart, Mya (2012). „Marine viruses: truth or dare”. Annual Review of Marine Science 4: 425–448. Bibcode 2012ARMS....4..425B. DOI:10.1146/annurev-marine-120709-142805. ISSN 1941-1405. PMID 22457982.
- ↑ Flynn, Kevin J.; Mitra, Aditee; Wilson, William H.; Kimmance, Susan A.; Clark, Darren R.; Pelusi, Angela; Polimene, Luca (May 2022). „'Boom-and-busted' dynamics of phytoplankton–virus interactions explain the paradox of the plankton” (en). New Phytologist 234 (3): 990–1002. Bibcode 2022NewPh.234..990F. DOI:10.1111/nph.18042. ISSN 0028-646X. PMC 9313554. PMID 35179778.
