Микробные сообщества формируют наше здоровье и здоровье нашей планеты. Некоторые из них знакомы людям, например микробы, обитающие в кишечнике, известные как наш микробиом. Другие продолжают бродить, в основном незаметно для себя.

Когда многие микробы живут вместе и растут взаимосвязанными способами, может быть трудно определить функциональную роль каждого отдельного игрока. Но некоторые сложные микробные экосистемы на самом деле может быть легче понять, чем те, в которых меньше игроков, согласно новому исследованию в Physical Review X, проведенному физиком-теоретиком Михаилом Тихоновым из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

«Некоторые реальные микробные экосистемы хорошо описываются моделями, которые удивительно просты, учитывая сложность под капотом», — сказал Тихонов, доцент кафедры физики факультета искусств и наук. Новая структура моделирования, которую он разработал вместе с аспирантом Джейкобом Мораном, дает точное количественное определение неуловимого понятия «крупнозернистость» и предполагает, что некоторые из его свойств могут быть не интуитивно понятными.

«Проще говоря, крупнозернистость означает опускание деталей, и мы говорим, что это нормально, если это не меняет результат определенного эксперимента», — сказал Тихонов.

«Обратите внимание, что это определение связывает грубую детализацию с выбором эксперимента, и это действительно важно», — сказал он. «Мы утверждаем, что грубая степень детализации фундаментально зависит от того, какой аспект экосистемы вас интересует. Мы показываем, что одна и та же экосистема может быть легко подвергнута грубой детализации, если вы заинтересованы в одном свойстве, тогда как для другого вам может понадобиться знать все подробности».

Эта новая работа предлагает путь к теоретическому пониманию того, какие свойства экосистемы и в каких условиях окружающей среды можно предсказать с помощью крупнозернистых моделей. Этот подход может помочь биологам , которые хотят изучать микробы в их собственных запутанных, реальных условиях — то есть в разнообразных сообществах в сложных условиях — вместо того, чтобы пытаться изолировать их в чашке Петри.

«С помощью этого исследования мы продемонстрировали, что большое разнообразие штаммов, хотя номинально более сложное, на самом деле может способствовать крупнозернистости и что, по крайней мере, в рамках нашей модели, крупнозернистость максимизируется, когда сообщество собрано в своем ‘ родная среда», — сказал Тихонов.