Artikel door onderzoekers uit Brazilië en andere landen, gepubliceerd in Nature, combineert evolutionaire en netwerktheorieën om te berekenen hoe soorten kunnen co-evolueren in grote netwerken van mutualisme
Sinds Darwins theorie van natuurlijke selectie in de 19e eeuw, is het bekend dat interacties tussen soorten reacties kunnen genereren die de biodiversiteit van de planeet kunnen vormen.
Het klassieke voorbeeld van co-evolutie door mutualisme betreft een parasiet en zijn gastheer. Wanneer de eerste een nieuwe vorm van aanval ontwikkelt, ontwikkelt de tweede een ander type verdediging en past zich aan. Als het echter gaat om een breed netwerk van interacties met honderden soorten - zoals planten die door veel insecten worden bestoven - wordt het moeilijker om te bepalen welke effecten co-evolutie in dit netwerk hebben veroorzaakt.
In deze netwerken kunnen soorten die geen interactie met elkaar hebben, toch via indirecte effecten de evolutie van soorten beïnvloeden. Een voorbeeld van een indirect effect is een evolutionaire verandering in een plant veroorzaakt door een bestuiver die uiteindelijk leidt tot evolutionaire veranderingen in een andere bestuiver.
Nieuw onderzoek was in staat om voor het eerst het gewicht van indirecte interacties in co-evolutie te kwantificeren. De conclusie is dat de impact veel groter kan zijn dan verwacht.
In de studie, gepubliceerd op 18 oktober in het tijdschrift Nature , een groep van ecologen en biologen van vijf instellingen - Universiteit van São Paulo (USP), Staatsuniversiteit van Campinas, Universiteit van Californië, Doñana Ecologisch Station en Universiteit van Zürich - gecombineerd evolutietheorie en netwerktheorie om te berekenen hoe soorten kunnen co-evolueren in grote netwerken van mutualisme.
De onderzoekers, ondersteund door de São Paulo State Research Support Foundation (Fapesp), ontwikkelden een wiskundig model om interactienetwerken te analyseren en de effecten van directe en indirecte interacties te scheiden. De bestudeerde netwerken beschrijven de mutualistische interacties die plaatsvinden op een locatie, zoals de interacties tussen bijen die bloemen bestuiven bij het verzamelen van nectar of vogels die vruchten van verschillende plantensoorten consumeren en zaden verspreiden.
De studie levert ook belangrijke resultaten op voor de aanpassing en kwetsbaarheid van soorten in situaties van abrupte veranderingen in het milieu.
“De resultaten die we met deze benadering hebben verkregen, suggereren dat de relaties tussen soorten die niet direct met elkaar in wisselwerking staan, een groter gewicht hebben dan verwacht bij de co-evolutie van de soort. Verrassend genoeg is de indirecte impact groter op gespecialiseerde soorten, diegenen die rechtstreeks in wisselwerking staan met slechts één of enkele soorten. We kunnen ons dit proces bijvoorbeeld voorstellen als analoog aan gedragsveranderingen bij mensen die worden gemedieerd door sociale netwerken. Vaak worden deze veranderingen veroorzaakt door mensen met wie ze niet rechtstreeks samenwonen, maar die ze kennen via wederzijdse vrienden ”, zegt Paulo Roberto Guimarães Jr., professor aan het USP's Biosciences Institute en hoofdauteur van het onderzoek.
75 ecologische netwerken werden geanalyseerd, variërend van zeer kleine netwerken, met ongeveer tien soorten, tot structuren met meer dan 300 soorten die met elkaar in wisselwerking staan. Elk netwerk komt voor op verschillende locaties op de planeet, in terrestrische en mariene omgevingen. Om de gegevens te verzamelen, rekende het team, naast Guimarães, gevormd door Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (Universiteit van Zürich) en John Thompson (UC-Santa Cruz) op de medewerking van onderzoekers die eerder de interacties in elk netwerk beschreven.
Met de gegevens in de hand verdeelde het team zes soorten mutualisme in twee hoofdklassen: intieme mutualismen, het geval van interacties tussen anemonen en clownvissen die praktisch hun hele leven in één anemoon doorbrengen, en mutualismen van meerdere partners, zoals bestuiving door bijen en de verspreiding van zaden door gewervelde dieren, die normaal gesproken veel interacties tot stand brengen met verschillende soorten op dezelfde plek.
De resultaten toonden aan dat soorten die niet direct interageren net zo belangrijk kunnen zijn als soorten die direct interageren om de evolutie van een soort vorm te geven. Het gewicht van directe en indirecte interacties hangt echter af van het type mutualisme.
“Als de relatie tussen partners in hetzelfde netwerk erg intiem is - zoals het geval is bij clownvissen en anemonen of bepaalde soorten mieren die in bomen leven - is het belangrijkste dat directe interacties zijn. Dit komt doordat deze netwerken van interacties meer gecompartimenteerd zijn. Er zijn dus niet zo veel manieren waarop de directe effecten zich kunnen verspreiden. Wanneer de interactie niet zo intiem is, kunnen de indirecte effecten een nog groter effect hebben dan de directe effecten op de evolutie van een soort ”, zei Mathias Pires van Unicamp's Institute of Biology, een andere auteur van de studie.
In een simulatie die werd uitgevoerd met een verspreidingsnetwerk van soortenrijke zaden, werd minder dan 30% van de selectieve effecten op de gespecialiseerde soorten gestuurd door zijn directe partners, terwijl de effecten van indirecte soorten ongeveer 40% vertegenwoordigden.
Een kwestie van tijd
Een van de duidelijke gevolgen voor de impact van indirecte relaties is de grotere kwetsbaarheid van soorten in situaties van abrupte veranderingen in het milieu. Dit komt omdat hoe belangrijker de indirecte effecten zijn, hoe langzamer het proces van aanpassing aan veranderingen kan zijn.
“Een verandering in het milieu die de ene soort beïnvloedt, kan een cascade-effect genereren dat zich uitbreidt naar andere soorten die ook evolueren als reactie, waardoor nieuwe selectiedruk ontstaat. Indirecte effecten kunnen tegenstrijdige selectiedruk veroorzaken en het kan lang duren voordat soorten zich aan nieuwe situaties hebben aangepast, waardoor deze soorten kwetsbaarder kunnen worden voor uitsterven. Uiteindelijk kunnen veranderingen in het milieu veranderingen veroorzaken die sneller zijn dan het vermogen van soorten die ondergedompeld zijn in een netwerk om zich aan te passen, ”zei Guimarães.
Het kwantificeren van indirecte effecten in complexe netwerken is niet alleen een uitdaging voor Ecologie. Indirecte effecten zijn een fundamenteel onderdeel van processen die de genetische structuur van populaties, de financiële markt, internationale betrekkingen en culturele praktijken beïnvloeden.
“Het interessante aan het gebruik van deze methode die we hebben ontwikkeld, is dat deze op meerdere gebieden kan worden toegepast. De interactienetwerkbenadering is transdisciplinair en de tools die zijn ontwikkeld om vragen over een specifiek thema in de ecologie te beantwoorden, kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om vragen over sociale netwerken of economie te bestuderen, wees gewoon creatief ”, aldus Pires.
Het artikel Indirecte effecten stimuleren co-evolutie in mutualistische netwerken (doi: 10.1038 / nature24273), door Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte en John N. Thompson, is te lezen in Nature (klik hier).
Bron: Agência Fapesp
