如果你想知道为什么松鼠的数量似乎远远超过浣熊，或者为什么某些汽车品牌主导着城市街道，弗吉尼亚大学的一个研究小组可能会提供帮助。
有些物种很丰富，而大多数是稀有的。近一个世纪以来，科学家们一直在寻找一个数学模型来描述这种模式，即生态群落中普遍存在的“空心曲线”物种丰度分布。弗吉尼亚大学生物系的一个团队最近的一项突破似乎终于破解了这个生态难题。
通过分析30000个数据集，从美国各地的树种分布到人类肠道中的细菌群落，他们发现一个名为“powerend分布”的模型准确地描述了植物、动物和微生物群落中的物种丰度。他们的发现最近发表在《自然通讯》杂志上。
物种丰度分布是生态学中最古老、最普遍的规律之一，是许多生物多样性理论和生态模型的基石。
“这是第一项全面研究所有类型生物的研究，无论大小，”弗吉尼亚大学生物学教授、该研究的合著者Martin Wu说。“我们发现，动力输出分布始终适合所有生命形式、栖息地和丰度尺度的群落。”
这有助于量化组成群落大部分的少数丰富物种的总体趋势，而其余物种则由稀有物种组成。吴指出，这些趋势在自然界和人类社会中都存在。
“如果你在UVA附近散步，你可能会看到很多松鼠，偶尔还会看到浣熊或狐狸，”他说。“如果你看看城市街道上的汽车，你会看到很多本田、丰田或福特，但还有许多其他品牌，你只是偶尔会看到一次。”吴说，该模型对生物多样性保护很有用，因为它可以可靠地估计物种丰度是如何自然分布的。他说：“以前，如果我收集了一克土壤，我就无法知道它含有多少细菌物种。”。“现在我们有了这个模型，我不需要枚举土壤中的每一个细胞，我可以有一个很好的估计。”
在2008年先进的DNA测序技术出现之前，很难对微生物物种进行调查，因为科学家们很难在实验室里培育出绝大多数微生物。
“你可以去森林调查树木或用望远镜观察鸟类，但在最近的DNA测序方法出现之前，我们很难调查微生物，”吴说。“自2008年以来，微生物调查数据激增，我们学到了很多。”作为一名微生物学家，吴说，他一直有兴趣调查适用于动植物群落的规则是否也适用于微生物。从历史上看，大多数研究都测试了植物或动物的生态模型和理论。很少有人研究过微生物。
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但吴不是数学家。转折点出现在研究生Yignan Gao和Ahmed Abdullah加入他的实验室时，他们都对数学充满热情，并将他们的分析专业知识带到了这个项目中。
该团队的研究甚至扩展到了UVA教室。吴说：“我们使用拇指驱动器大小的DNA测序仪和笔记本电脑，在课堂上实时演示了一位深受学生喜爱的教授的肠道微生物组。”。“这是向学生展示肠道中生活着什么样的微生物的好方法。”有兴趣成为微生物侦探的学生可以报名参加一个小型实验室课程，进行自己的基于测序的调查。
研究中使用的一个数据集研究了美国的树种丰度。弗吉尼亚州的森林是全国最多样化的森林之一，主要是红枫、火炬松、黄杨、枫香和美国冬青，约占该州106亿棵树的45%。剩下的55%由120个其他物种组成。“一般来说，你会发现20%的树种占总丰度的80%，”吴说。“这遵循了帕累托原则，这是意大利经济学家维尔弗雷多·帕累托创造的一个术语，他发现20%的人口控制着80%的财富。”