内共生是一个有机体生活在另一个有机体内部的亲密而长期的关系，是我们所知的生命的基石，也是地球上复杂生命出现的关键。围绕内共生的许多谜团很难仅使用经验方法来解决。
在最近发表在《PLOS Biology》上的一篇文章中，于默奥大学的一组研究人员描述了数学模型如何推进内共生研究。
内共生体无处不在：在我们的细胞内，线粒体产生了我们的大部分能量，植物依靠叶绿体进行光合作用，许多昆虫没有内共生体就无法繁殖。然而，这只是内共生的冰山一角。
“内共生关系极其多样化和复杂。例如，新的研究表明，内共生体可以决定胚胎是否能够成功形成，甚至指导胚胎发育，”于默奥大学博士后研究员、该研究的合著者卢卡斯·桑塔纳·苏扎(Lucas Santana Souza)说。公共科学图书馆生物学上的文章。
尽管内共生现象普遍存在，但研究起来却很困难。
“考虑一下我们细胞中线粒体的起源。它曾经是一个独立的有机体，但通过数亿年前发生的内共生，它成为所有复杂生命的重要组成部分。然而，我们无法研究这个古老而古老的生物体。”通过在实验室中重现罕见事件或回到过去，我们需要其他方法，而数学模型是一个很好的工具，”数学与数理统计系副教授埃里克·利比(Eric Libby)说。
数学模型可以帮助我们了解不同因素如何影响内共生体与其宿主之间的相互作用。在本文中，作者展示了这些模型如何产生想法并补充现实世界的研究。他们还指出了需要进一步调查的重要问题。
其中一个例子与珊瑚及其内共生体有关，目前由于热浪加剧，全球珊瑚白化事件不断增加，这一点尤其重要。在珊瑚白化过程中，珊瑚会排出其内共生体并失去产生食物的能力，这可能导致其死亡。
有趣的是，珊瑚可以将其内共生体转变为提高其抵抗热浪能力的内共生体。这是该研究的合著者、于默奥大学博士后研究员阿德里亚诺·邦福蒂 (Adriano Bonforti) 最感兴趣的研究领域之一。
“难题是了解珊瑚何时应该改变其内共生群落，以便一种类型的内共生体相对于其他类型成为主导，从而改变珊瑚对压力效应器的反应。数学模型可以建议珊瑚何时以及如何转换的可能原因。结果这些理论方法可以帮助指导未来的实验研究，”他说。
作者还提出了加强内共生研究人员之间合作的理由。他们将内共生关系与数学建模者和实验者之间的相互作用进行了比较。两人都有不同的方法和背景，但他们表示，他们的合作成果可能会非常富有成效。
“将建模者视为有益的合作伙伴，从丰富的经验发现中汲取灵感并提出有趣的问题。在这种情况下，建模者通过简化复杂的概念、揭示基本过程和开辟新的探索途径做出贡献。通过这篇文章，我们希望建立在两个领域之间建立更牢固的桥梁，并为内共生研究指明富有成效的方向，”卢卡斯·桑塔纳·苏扎说。