Strategie metaboliche adattive: una risposta (apparentemente) semplice ed efficace a molti problemi in ecologia e microbiologia

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This talk has been held during the parallel sessions of the 5th Italian Conference of Physics Students.

The translation of the title in english is “Adaptive metabolic strategies: an (apparently) simple and effective answer to many challenging problems in ecology and microbiology”.

In the first part of this talk I have illustrated the main theoretical and experimental problems in ecology, with a focus on the Competitive Exclusion Principle. I have then shown the main results of my work, i.e. how modifying MacArthur’s consumer-resourc model with an adaptive framework allows to explain several phenomena that span from the single-species to the whole community dynamics.

You can find here the slides I have shown during the talk (in italian).

Abstract (in italian)

Lo studio teorico degli ecosistemi è nato quasi cinquant’anni fa, e anche se ultimamente è cresciuto in popolarità ci sono ancora molti problemi aperti. Da un punto di vista sperimentale, in particolare, gli ecosistemi microbici sono spesso usati come terreno di prova per modelli ecologici dato che sono relativamente semplici da gestire in laboratorio. Lo strumento matematico usato sin dagli anni ‘70 per descrivere ecosistemi competitivi (in particolare quelli microbici) è il modello consumer-resource di MacArthur, che è stato studiato in molte versioni e condizioni differenti ma non è ancora in grado di rendere conto di molti fenomeni osservati. In particolare, tutte le versioni del modello proposte finora presuppongono che le strategie metaboliche delle specie, cioè le loro abitudini alimentari, siano fisse e non cambino nel tempo; tuttavia, ci sono molti (e semplici) esperimenti su popolazioni batteriche che mostrano che questo non è vero, e che i batteri possono modificare le loro diete a seconda delle condizioni ambientali in cui si trovano. In questo talk parlerò di quello che è stato l’oggetto della mia tesi magistrale e su cui sto lavorando attualmente per il dottorato: ho modificato il modello di MacArthur in modo tale da permettere alle strategie metaboliche di evolvere nel tempo seguendo un’equazione differenziale opportunamente definita. Come mostrerò, questa semplice modifica permette al modello di riprodurre correttamente molti fenomeni osservati sperimentalmente in moltissime situazioni che vanno dalla dinamica di una singola specie (come l’esistenza dei cosiddetti diauxic shifts) a quella di un’intera comunità batterica (come la violazione del principio di esclusione competitiva).