Artykuł naukowców z Brazylii i innych krajów, opublikowany w Nature, łączy teorie ewolucyjne i sieciowe, aby obliczyć, w jaki sposób gatunki mogą współewoluować w dużych sieciach mutualizmu
Od czasów teorii doboru naturalnego Darwina w XIX wieku wiadomo, że interakcje między gatunkami mogą generować reakcje zdolne do kształtowania bioróżnorodności planety.
Klasyczny przykład koewolucji przez mutualizm dotyczy pasożyta i jego żywiciela. Kiedy pierwszy rozwija nową formę ataku, drugi rozwija inny typ obrony i dostosowuje się. Jednak w przypadku szerokiej sieci interakcji z setkami gatunków - na przykład roślinami zapylanymi przez wiele owadów - trudniej jest określić, jakie skutki spowodowały koewolucję w tej sieci.
W tych sieciach gatunki, które nie wchodzą ze sobą w interakcje, mogą nadal wpływać na ewolucję gatunków poprzez skutki pośrednie. Przykładem efektu pośredniego może być ewolucyjna zmiana w roślinie spowodowana przez zapylacza, która ostatecznie prowadzi do zmian ewolucyjnych u innego zapylacza.
Nowe badanie pozwoliło po raz pierwszy określić ilościowo wagę interakcji pośrednich w koewolucji. Wniosek jest taki, że wpływ może być znacznie większy niż oczekiwano.
W badaniu, opublikowanym 18 października w czasopiśmie Nature , grupa ekologów i biologów z pięciu instytucji - University of São Paulo (USP), State University of Campinas, University of California, Doñana Ecological Station i University of Zurich - łącznie teoria ewolucji i teoria sieci, aby obliczyć, w jaki sposób gatunki mogą współewoluować w dużych sieciach mutualizmu.
Naukowcy, wspierani przez Fundację Wspierania Badań Stanowych w São Paulo (Fapesp), opracowali model matematyczny do analizy sieci interakcji i oddzielenia skutków interakcji bezpośrednich i pośrednich. Badane sieci opisują wzajemne interakcje zachodzące w danym miejscu, takie jak interakcje między pszczołami zapylającymi kwiaty podczas zbierania nektaru lub ptakami, które zjadają owoce różnych gatunków roślin i rozpraszają nasiona.
Badanie przynosi również ważne wyniki w zakresie adaptacji i wrażliwości gatunków w sytuacjach gwałtownych zmian środowiskowych.
„Wyniki, które uzyskaliśmy dzięki temu podejściu, sugerują, że relacje między gatunkami, które nie oddziałują bezpośrednio ze sobą, mogą mieć większe znaczenie niż oczekiwano w koewolucji gatunków. Co zaskakujące, pośredni wpływ jest większy na gatunki specjalistyczne, te, które bezpośrednio oddziałują tylko z jednym lub kilkoma gatunkami. Na przykład możemy sobie wyobrazić ten proces jako analogiczny do zmian w zachowaniu ludzi, w których pośredniczą sieci społecznościowe. Często te zmiany są powodowane przez ludzi, z którymi nie mieszkają bezpośrednio, ale znają się dzięki wspólnym znajomym ”- powiedział Paulo Roberto Guimarães Jr., profesor w Instytucie Nauk Biologicznych przy USP i główny autor badania.
Przeanalizowano 75 sieci ekologicznych, od bardzo małych, obejmujących około dziesięciu gatunków, po struktury z ponad 300 gatunkami oddziałującymi ze sobą. Każda sieć występuje w różnych miejscach na naszej planecie, w środowiskach lądowych i morskich. Aby zebrać dane, zespół utworzony, oprócz Guimarães, przez Mathiasa Piresa (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (Uniwersytet w Zurychu) i Johna Thompsona (UC-Santa Cruz) liczył na współpracę naukowców, którzy wcześniej opisał interakcje w każdej sieci.
Mając dostępne dane, zespół podzielił sześć typów mutualizmu na dwie główne klasy: mutualizmy intymne, przypadek interakcji między ukwiałami i rybami klaunów, które spędzają praktycznie całe życie w jednym ukwiałach oraz mutualizmy wielu partnerów, takie jak zapylanie dokonywane przez pszczoły i rozsiewanie nasion przez kręgowce, które zwykle tworzą wiele interakcji z różnymi gatunkami w tym samym miejscu.
Wyniki pokazały, że gatunki, które nie oddziałują bezpośrednio, mogą być tak samo ważne, jak gatunki, które oddziałują bezpośrednio, kształtując ewolucję gatunku. Jednak waga interakcji bezpośrednich i pośrednich zależy od rodzaju mutualizmu.
„Kiedy relacje między partnerami w tej samej sieci są bardzo intymne - jak w przypadku błazenek i ukwiałów czy niektórych gatunków mrówek żyjących w drzewach - najważniejsze są bezpośrednie interakcje. Dzieje się tak, ponieważ te sieci interakcji są bardziej podzielone. Tak więc nie ma wielu sposobów rozprzestrzeniania się bezpośrednich skutków. Gdy interakcja nie jest tak intymna, skutki pośrednie mogą mieć nawet większy wpływ niż bezpośredni wpływ na ewolucję gatunku ”- powiedział Mathias Pires z Instytutu Biologii Unicamp, innego autora badania.
W symulacji przeprowadzonej z wykorzystaniem sieci dyspersji nasion bogatych w gatunki mniej niż 30% selektywnego wpływu na gatunki specjalistyczne było kierowane przez jego bezpośrednich partnerów, podczas gdy wpływ gatunków pośrednich stanowił około 40%.
Kwestia czasu
Jedną z wyraźnych konsekwencji dla wpływu związków pośrednich jest większa podatność gatunków na sytuacje gwałtownych zmian środowiskowych. Dzieje się tak, ponieważ im ważniejsze są efekty pośrednie, tym wolniejszy może być proces adaptacji do zmian.
„Zmiana środowiskowa, która wpływa na jeden gatunek, może wywołać efekt kaskadowy, który rozprzestrzeni się na inne gatunki, które również ewoluują w odpowiedzi, powodując nowe presje selekcyjne. Pośrednie skutki mogą powodować sprzeczne presje selekcyjne, a przystosowanie się gatunków do nowych sytuacji może zająć dużo czasu, co może uczynić te gatunki bardziej podatnymi na wyginięcie. Ostatecznie zmiany środowiskowe mogą powodować zmiany, które są szybsze niż zdolność gatunków zanurzonych w sieci do przystosowania się ”- powiedział Guimarães.
Ilościowe określenie skutków pośrednich w złożonych sieciach jest wyzwaniem nie tylko dla Ekologii. Efekty pośrednie są podstawowym składnikiem procesów wpływających na strukturę genetyczną populacji, rynek finansowy, stosunki międzynarodowe i praktyki kulturowe.
„Interesującą rzeczą w stosowaniu tej metody, którą opracowaliśmy, jest to, że można ją stosować w kilku obszarach. Podejście oparte na sieci interakcji jest transdyscyplinarne, a narzędzia opracowane w celu udzielenia odpowiedzi na pytania dotyczące konkretnego tematu w ekologii, na przykład, mogą być wykorzystane do badania pytań dotyczących sieci społecznościowych lub ekonomii, po prostu bądź kreatywny ”- powiedział Pires.
Artykuł „ Efekty pośrednie napędzają koewolucję w sieciach wzajemnych” (doi: 10.1038 / nature24273) autorstwa Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte i John N. Thompson, można przeczytać w Nature (kliknij tutaj).
Źródło: Agência Fapesp
