Artikel av forskare från Brasilien och andra länder, publicerad i Nature, kombinerar evolutionsteorier och nätverksteorier för att beräkna hur arter kan utvecklas i stora nätverk av mutualism.
Sedan Darwins teori om naturligt urval under 1800-talet är det känt att interaktioner mellan arter kan generera svar som kan forma planetens biologiska mångfald.
Det klassiska exemplet på coevolution genom mutualism involverar en parasit och dess värd. När den första utvecklar en ny form av attack, utvecklar den andra en annan typ av försvar och anpassar sig. Men när det gäller ett brett nätverk av interaktioner med hundratals arter - till exempel växter som pollinerats av många insekter - blir det svårare att avgöra vilka effekter som drivit samevolution i detta nätverk.
I dessa nätverk kan arter som inte samverkar med varandra fortfarande påverka utvecklingen av arter genom indirekta effekter. Ett exempel på en indirekt effekt skulle kunna vara en evolutionär förändring i en växt orsakad av en pollinerare som slutligen leder till evolutionära förändringar hos en annan pollinator.
Ny forskning kunde för första gången kvantifiera vikten av indirekta interaktioner i samevolution. Slutsatsen är att påverkan kan bli mycket större än förväntat.
I studien, som publicerades den 18 oktober i tidskriften Nature , en grupp ekologer och biologer från fem institutioner - University of São Paulo (USP), State University of Campinas, University of California, Doñana Ecological Station och University of Zurich - kombinerat evolutionsteori och nätverksteori för att beräkna hur arter kan växa samman i stora nätverk av mutualism.
Forskarna, med stöd av São Paulo State Research Support Foundation (Fapesp), utvecklade en matematisk modell för att analysera nätverk av interaktion och separera effekterna av direkta och indirekta interaktioner. De undersökta nätverken beskriver de mutualistiska interaktioner som sker på en plats, såsom interaktioner mellan bin som pollinerar blommor när de samlar nektar eller fåglar som konsumerar frukt av olika arter av växter och sprider frön.
Studien ger också viktiga resultat för anpassning och sårbarhet hos arter i situationer med plötsliga miljöförändringar.
”De resultat vi fick med detta tillvägagångssätt antyder att förhållandet mellan arter som inte interagerar direkt med varandra kan ha en större vikt än väntat i artens samevolution. Överraskande nog är den indirekta effekten större på specialiserade arter, de som interagerar med endast en eller några få arter direkt. Vi kan till exempel föreställa oss att denna process är analog med beteendeförändringar hos människor som medieras av sociala nätverk. Ofta orsakas dessa förändringar av människor som de inte lever direkt med, men vet genom gemensamma vänner ”, säger Paulo Roberto Guimarães Jr., professor vid USP: s Biosciences Institute och huvudförfattare till studien.
75 ekologiska nätverk analyserades, allt från mycket små nätverk, med cirka tio arter, till strukturer med mer än 300 arter som interagerar med varandra. Varje nätverk förekommer på olika platser på planeten, i markbundna och marina miljöer. För att samla in data, teamet, som bildades, förutom Guimarães, av Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (University of Zurich) och John Thompson (UC-Santa Cruz) räknade med samarbetet mellan forskare som tidigare beskrivit interaktionerna i varje nätverk.
Med informationen i handen delade laget sex typer av mutualism i två huvudklasser: intima mutualism, fallet med interaktioner mellan anemoner och clownfiskar som tillbringar nästan hela sina liv i en enda anemone, och mutualism från flera partners, såsom pollinering utförd av bin och spridning av frön av ryggradsdjur, som normalt skapar många interaktioner med olika arter på samma plats.
Resultaten visade att arter som inte interagerar direkt kan vara lika viktiga som arter som interagerar direkt för att forma utvecklingen av en art. Vikten av direkta och indirekta interaktioner beror dock på vilken typ av ömsesidighet.
”När förhållandet är mycket intimt mellan partners i samma nätverk - som det är fallet med clownfiskar och anemoner eller vissa myrarter som lever i träd - är det viktigaste direkta interaktioner. Detta beror på att dessa nätverk av interaktioner är mer indelade. Så det finns inte så många sätt för de direkta effekterna att spridas. När interaktionen inte är så intim kan de indirekta effekterna ha en ännu större effekt än de direkta effekterna på utvecklingen av en art, säger Mathias Pires, från Unicamp Institute of Biology, en annan författare till studien.
I en simulering som utfördes med ett spridningsnätverk av artrika frön riktades mindre än 30% av de selektiva effekterna på specialarten av dess direkta partners, medan effekterna av indirekta arter representerade cirka 40%.
En tidsfråga
En av de tydliga konsekvenserna för effekterna av indirekta förhållanden är arternas större sårbarhet i situationer med plötsliga miljöförändringar. Detta beror på att ju viktigare de indirekta effekterna är, desto långsammare kan processen för anpassning till förändringar bli.
”En miljöförändring som påverkar en art kan generera en kaskadeffekt som sprider sig till andra arter som också utvecklas som svar och orsakar nya selektiva tryck. Indirekta effekter kan skapa motstridiga selektiva tryck och arter kan ta lång tid att anpassa sig till nya situationer, vilket kan göra dessa arter mer utsatta för utrotning. I slutändan kan miljöförändringar orsaka förändringar som är snabbare än förmågan hos arter som är nedsänkta i ett nätverk att anpassa sig, säger Guimarães.
Kvantifiering av indirekta effekter i komplexa nätverk är en utmaning inte bara för ekologi. Indirekta effekter är en grundläggande komponent i processer som påverkar befolkningens genetiska struktur, finansmarknaden, internationella relationer och kulturella metoder.
”Det intressanta med att använda den här metoden som vi utvecklade är att den kan användas på flera områden. Interaktionsnätverket är tvärvetenskapligt och verktygen som utvecklats för att svara på frågor om ett specifikt tema i ekologi kan till exempel användas för att studera frågor om sociala nätverk eller ekonomi, var bara kreativa, säger Pires.
Artikeln Indirekta effekter driver samevolution i mutualistiska nätverk (doi: 10.1038 / nature24273), av Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte och John N. Thompson, kan läsas i Nature (klicka här).
Källa: Agência Fapesp
