Anzeige
For the first time ever mathematicians have modelled all the different possible relationships between nutrients and biodiversity in lab-based experimental ecosystems. They found that although nutrient availability definitely has an impact on biodiversity, the precise relationship between the two depends on which species are present in the ecosystem. This means that in some cases low levels of nutrients can lead to high levels of biodiversity.
The new study involved biologists from the University of California Santa Cruz running a lab experiment to find out how different levels of nutrients affected how many species evolved in an ecosystem. Mathematicians from Imperial College London and the University of Bath then devised a model to show how far the results could be applied to real world scenarios.
The experiments set up by the biologists in the USA consisted of mini ecosystems full of E. coli bacteria and a parasite that lives on the E. coli. These simple communities of hosts and pathogens represent complex ecosystems in the real world, like forests, in which hosts such as trees live and evolve alongside pathogens such as fungi, bacteria and viruses.
The overall aim of the study was to shed new light on the mystery of why some ecosystems such as tropical rainforests are teeming with thousands of different plant species, whereas others, like the pine forests of northern Europe, support significantly fewer types of plant life. However, investigating this phenomenon in the field can be difficult, time consuming and results hard to interpret.
Instead, the researchers used the series of mini-ecosystems in the lab, which consisted of test tubes containing E. coli bacteria, a sugary Lucozade-like liquid for the E.coli to eat, and a parasite that lives on the E. coli.
To mimic different environments, the scientists varied the amount of sugar in each different ‘ecosystem’, and then recorded how many new strains of bacteria and parasite evolved in the sugary broth over the course of 150 generations, which took 17 days.
Their results showed that as the levels of sugar in the ecosystem changed, so did the extent to which new strains evolved. This experiment showed that the highest biodiversity resulted from a low level of nutrients.
Professor Laurence Hurst from the University of Bath’s Department of Biology explains: “The results in the lab showed that varying the level of sugary food in these mini-ecosystems caused the amount of biodiversity in the ecosystems to change. This suggests that the availability of nutrients is one of the factors that affect how many different plant species live in different parts of the world. This has been shown in a lab before, but what we wanted to do was use maths to show how these results, which refer to one kind of bacteria and its parasite, can be applied to other organisms and ecosystems in the real world.”
The team from Bath and Imperial constructed a model to work out whether this inverse relationship would be the same in all ecosystems – whether in the lab or in the real world. They found that although nutrients do affect biodiversity, the precise relationship between the two varies from one ecosystem to the next, depending on what species are present.
Dr Rob Beardmore from Imperial College London’s Department of Mathematics explains: “Although there was a clear link between nutrients and biodiversity in the lab, our mathematical model showed that in some ecosystems you will find that higher levels of nutrients lead to more biodiversity, which is opposite to what our biologist colleagues found in the lab. It turns out that the precise nature of this nutrient-diversity relationship varies from one ecosystem to another, and it depends on the complex interactions between species evolving alongside each other.”
The mathematical model can be used to predict what impact different levels of nutrients will have on biodiversity in any given lab-based ecosystem. The team say their results are very important for scientists who use small scale lab experiments to investigate phenomena in the real world.
The study also provides the first real evidence that a theory known as “geographic mosaic co-evolution hypothesis” holds up in real world ecosystems. Co-author on the paper, Dr Ivana Gudelj from Imperial College, explains: “This complicated-sounding theory basically says that nutrient availability will only have an impact on the diversity of an organism, if the organism is involved in a co-evolutionary arms race with pathogens or competitors, like our E.coli was with its parasite. Our biologist colleagues have shown evidence for this in the lab, and our mathematical model suggests that the theory will also hold up in real world ecosystems too.”
Abigail Smith | Quelle: alphagalileo
Weitere Informationen: www.imperial.ac.uk
Weitere Berichte zu: bacteria > Biodiversity > Coli > E. coli > E. coli bacteria > ecosystem > geographic mosaic co-evolution hypothesis > nutrient > parasite > plant life > plant species > tropical rainforests > viruses
Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center
Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.
„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...
Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen
Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.
Jetzt ...
Anzeige
Anzeige

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik
Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen
23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Nea Kameni volcano movement captured by Envisat
23.05.2012 | Geowissenschaften
Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Exklusive Kontakte beim Investforum
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten