Artikel af forskere fra Brasilien og andre lande, offentliggjort i Nature, kombinerer evolutionsteorier og netværksteorier for at beregne, hvordan arter kan udvikle sig i store netværk af gensidighed.
Siden Darwins teori om naturlig udvælgelse i det 19. århundrede er det kendt, at interaktioner mellem arter kan generere reaktioner, der er i stand til at forme planetens biodiversitet.
Det klassiske eksempel på fællesudvikling involverer en parasit og dens vært. Når den første udvikler en ny form for angreb, udvikler den anden en anden type forsvar og tilpasser sig. Men når det kommer til et bredt netværk af interaktioner med hundreder af arter - såsom planter bestøvet af mange insekter - bliver det sværere at bestemme, hvilke effekter der kørte coevolution på tværs af dette netværk.
I disse netværk kan arter, der ikke interagerer med hinanden, stadig påvirke udviklingen af arter gennem indirekte effekter. Et eksempel på en indirekte effekt ville være en evolutionær ændring i en plante forårsaget af en bestøver, der ender med at føre til evolutionære ændringer i en anden bestøver.
Ny forskning var i stand til for første gang at kvantificere vægten af indirekte interaktioner i coevolution. Konklusionen er, at virkningen kan være meget større end forventet.
I undersøgelsen, der blev offentliggjort den 18. oktober i tidsskriftet Nature , kombinerede en gruppe økologer og biologer fra fem institutioner - University of São Paulo (USP), State University of Campinas, University of California, Doñana Ecological Station og University of Zurich - kombineret evolutionsteori og netværksteori til beregning af, hvordan arter kan udvikle sig i store netværk af gensidighed.
Forskerne, støttet af São Paulo State Research Support Foundation (Fapesp), udviklede en matematisk model til at analysere netværk af interaktion og adskille virkningerne af direkte og indirekte interaktioner. De undersøgte netværk beskriver de gensidige interaktioner, der forekommer et sted, såsom interaktionen mellem bier, der bestøver blomster, når de samler nektar eller fugle, der spiser frugter af forskellige plantearter og spreder frø.
Undersøgelsen bringer også vigtige resultater til tilpasning og sårbarhed af arter i situationer med pludselige miljøændringer.
”De resultater, vi opnåede med denne tilgang, antyder, at forholdet mellem arter, der ikke interagerer direkte med hinanden, kan have en større vægt end forventet i artens coevolution. Overraskende nok er den indirekte påvirkning størst på specialiserede arter, dem der interagerer med kun en eller et par arter direkte. For eksempel kan vi forestille os, at denne proces er analog med adfærdsmæssige ændringer hos mennesker medieret af sociale netværk. Ofte er disse ændringer forårsaget af mennesker, som de ikke bor direkte med, men ved gennem fælles venner ”, sagde Paulo Roberto Guimarães Jr., professor ved USPs Biosciences Institute og hovedforfatter af undersøgelsen.
75 økologiske netværk blev analyseret, lige fra meget små netværk med ca. ti arter til strukturer med mere end 300 arter, der interagerede med hinanden. Hvert netværk forekommer forskellige steder på planeten i terrestriske og marine miljøer. For at indsamle dataene, dannede holdet, udover Guimarães, af Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (University of Zurich) og John Thompson (UC-Santa Cruz) på samarbejde med forskere, der tidligere beskrevet interaktionerne i hvert netværk.
Med dataene i hånden delte holdet seks typer af gensidighed i to hovedklasser: intime gensidigheder, tilfældet med interaktioner mellem anemoner og klovnfisk, der tilbringer næsten hele deres liv i en enkelt anemone, og gensidighed hos flere partnere, såsom bestøvning udført af bier og spredning af frø af hvirveldyr, som normalt etablerer mange interaktioner med forskellige arter på samme sted.
Resultaterne viste, at arter, der ikke interagerer direkte, kan være lige så vigtige som arter, der interagerer direkte for at forme udviklingen af en art. Vægten af direkte og indirekte interaktioner afhænger dog af typen af gensidighed.
”Når forholdet er meget intimt mellem partnere i det samme netværk - som det er tilfældet med klovnfisk og anemone eller visse myrearter, der lever inde i træer - er det der betyder mest, direkte interaktioner. Dette skyldes, at disse netværk af interaktioner er mere opdelt. Så der er ikke så mange måder for de direkte effekter at sprede sig på. Når interaktionen ikke er så intim, kan de indirekte virkninger have en endnu større virkning end de direkte virkninger på en arts udvikling ”, sagde Mathias Pires fra Unicamp Institute of Biology, en anden forfatter af undersøgelsen.
I en simulering udført med et spredningsnetværk af artsrige frø blev mindre end 30% af de selektive effekter på specialarten rettet af dets direkte partnere, mens virkningerne af indirekte arter repræsenterede omkring 40%.
Et spørgsmål om tid
En af de klare konsekvenser for indirekte forholds indflydelse er arternes større sårbarhed i situationer med pludselige miljøændringer. Dette skyldes, at jo vigtigere de indirekte effekter er, jo langsommere kan processen med at tilpasse sig ændringer være.
”En miljøændring, der påvirker en art, kan generere en kaskadeeffekt, der spreder sig til andre arter, der også udvikler sig som reaktion og forårsager nye selektive pres. Indirekte effekter kan skabe modstridende selektivt pres, og arter kan tage lang tid at tilpasse sig nye situationer, hvilket kan gøre disse arter mere sårbare over for udryddelse. I sidste ende kan miljøændringer medføre ændringer, der er hurtigere end arternes evne til at tilpasse sig, ”sagde Guimarães.
Kvantificering af indirekte effekter i komplekse netværk er ikke kun en udfordring for økologi. Indirekte effekter er en grundlæggende komponent i processer, der påvirker befolkningernes genetiske struktur, det finansielle marked, internationale forbindelser og kulturel praksis.
”Det interessante ved at bruge denne metode, som vi udviklede, er, at den kan anvendes på flere områder. Interaktionsnetværksmetoden er tværfaglig, og de værktøjer, der er udviklet til at besvare spørgsmål om et specifikt tema i økologi, kan for eksempel bruges til at studere spørgsmål om sociale netværk eller økonomi, bare vær kreativ, ”sagde Pires.
Artiklen Indirekte effekter driver coevolution i mutualistiske netværk (doi: 10.1038 / nature24273) af Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte og John N. Thompson kan læses i Nature (klik her).
Kilde: Agência Fapesp
