Artikkel av forskere fra Brasil og andre land, publisert i Nature, kombinerer evolusjonsteorier og nettverksteorier for å beregne hvordan arter kan vokse sammen i store nettverk av mutualisme.
Siden Darwins teori om naturlig seleksjon på 1800-tallet, er det kjent at interaksjoner mellom arter kan generere responser som er i stand til å forme planetens biologiske mangfold.
Det klassiske eksemplet på gjensidig koevolusjon involverer en parasitt og dens vert. Når den første utvikler en ny form for angrep, utvikler den andre en annen type forsvar og tilpasser seg. Men når det gjelder et bredt nettverk av interaksjoner med hundrevis av arter - for eksempel planter som er pollinert av mange insekter - blir det vanskeligere å bestemme hvilke effekter som drev samevolusjon over dette nettverket.
I disse nettverkene kan arter som ikke samhandler med hverandre fortsatt påvirke utviklingen av arter gjennom indirekte effekter. Et eksempel på en indirekte effekt vil være en evolusjonær endring i en plante forårsaket av en pollinator som ender opp med å føre til evolusjonære endringer i en annen pollinator.
En ny undersøkelse klarte for første gang å kvantifisere vekten av indirekte interaksjoner i samevolusjon. Konklusjonen er at virkningen kan være mye større enn forventet.
I studien, publisert 18. oktober i tidsskriftet Nature , kombinerte en gruppe økologer og biologer fra fem institusjoner - University of São Paulo (USP), State University of Campinas, University of California, Doñana Ecological Station og University of Zurich - kombinert evolusjonsteori og nettverksteori for å beregne hvordan arter kan utvikle seg i store nettverk av gjensidig.
Forskerne, støttet av São Paulo State Research Support Foundation (Fapesp), utviklet en matematisk modell for å analysere nettverk av interaksjon og skille effekten av direkte og indirekte interaksjoner. Nettverkene som ble undersøkt beskriver de mutualistiske interaksjonene som oppstår på et sted, for eksempel interaksjonen mellom bier som pollinerer blomster når de samler nektar eller fugler som spiser frukt av forskjellige plantearter og sprer frø.
Studien gir også viktige resultater for tilpasning og sårbarhet av arter i situasjoner med brå miljøendringer.
“Resultatene vi oppnådde med denne tilnærmingen antyder at forholdet mellom arter som ikke samhandler direkte med hverandre, kan ha større vekt enn forventet i artens samevolusjon. Overraskende nok er den indirekte innvirkningen større på spesialiserte arter, de som samhandler med bare en eller noen få arter direkte. For eksempel kan vi forestille oss at denne prosessen er analog med atferdsendringer hos mennesker som medieres av sosiale nettverk. Ofte er disse endringene forårsaket av mennesker som de ikke bor direkte sammen med, men kjenner gjennom felles venner ”, sa Paulo Roberto Guimarães Jr., professor ved USPs Biosciences Institute og hovedforfatter av studien.
75 økologiske nettverk ble analysert, alt fra veldig små nettverk, med omtrent ti arter, til strukturer med mer enn 300 arter som interagerer med hverandre. Hvert nettverk forekommer på forskjellige steder på planeten, i terrestriske og marine miljøer. For å samle inn data, laget teamet, i tillegg til Guimarães, av Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (Universitetet i Zürich) og John Thompson (UC-Santa Cruz) regnet med samarbeidet fra forskere som tidligere beskrevet samhandlingene i hvert nettverk.
Med dataene i hånden delte teamet seks typer gjensidig oppdeling i to hovedklasser: intime gjensidigheter, tilfellet med interaksjoner mellom anemoner og klovnefisk som tilbringer praktisk talt hele livet i en enkelt anemone, og gjensidig påvirkning fra flere partnere, som f.eks. pollinering utført av bier og spredning av frø av virveldyr, som normalt etablerer mange interaksjoner med forskjellige arter på samme sted.
Resultatene viste at arter som ikke samhandler direkte kan være like viktige som arter som samhandler direkte for å forme utviklingen av en art. Vekten av direkte og indirekte interaksjoner avhenger imidlertid av typen gjensidig.
“Når forholdet er veldig intimt mellom partnere i samme nettverk - som det er tilfelle med klovnefisk og anemoner eller visse arter av maur som lever inne i trær - er det viktigst med direkte interaksjoner. Dette er fordi disse nettverkene av interaksjoner er mer oppdelte. Så det er ikke så mange måter for direkteeffekter å spre seg på. Når interaksjonen ikke er så intim, kan de indirekte effektene ha en enda større effekt enn de direkte effektene på utviklingen av en art ”, sa Mathias Pires, fra Unicamp Institute of Biology, en annen forfatter av studien.
I en simulering utført med et spredningsnettverk av artsrike frø ble mindre enn 30% av de selektive effektene på spesialisten rettet av dets direkte partnere, mens effekten av indirekte arter representerte rundt 40%.
Et spørsmål om tid
En av de klare konsekvensene for virkningen av indirekte forhold er den større sårbarheten til arter i situasjoner med brå miljøendringer. Dette er fordi jo viktigere de indirekte effektene er, jo langsommere kan prosessen med å tilpasse seg endringene være.
“En miljøendring som påvirker en art kan generere en kaskadeffekt som sprer seg til andre arter som også utvikler seg som respons, og forårsaker nye selektive trykk. Indirekte effekter kan skape motstridende selektivt trykk, og arter kan ta lang tid å tilpasse seg nye situasjoner, noe som kan gjøre disse artene mer sårbare for utryddelse. Til slutt kan miljøendringer føre til endringer som er raskere enn muligheten for arter som er nedsenket i et nettverk til å tilpasse seg, ”sa Guimarães.
Kvantifisering av indirekte effekter i komplekse nettverk er ikke bare en økologisk utfordring. Indirekte effekter er en grunnleggende komponent i prosesser som påvirker den genetiske strukturen til populasjoner, finansmarkedet, internasjonale relasjoner og kulturell praksis.
“Det interessante med å bruke denne metoden som vi utviklet, er at den kan brukes på flere områder. Interaksjonsnettverkstilnærmingen er tverrfaglig og verktøyene som er utviklet for å svare på spørsmål om et bestemt tema i økologi, kan for eksempel brukes til å studere spørsmål om sosiale nettverk eller økonomi, bare vær kreative, ”sa Pires.
Artikkelen Indirekte effekter driver samevolusjon i mutualistiske nettverk (doi: 10.1038 / nature24273), av Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte og John N. Thompson, kan leses i Nature (klikk her).
Kilde: Agência Fapesp
