lovesouthernsocial.com

Статья исследователей из Бразилии и других стран, опубликованная в журнале Nature, объединяет эволюционные и сетевые теории для расчета того, как виды могут совместно эволюционировать в больших мутуалистических сетях.

Со времен теории естественного отбора Дарвина в 19 веке известно, что взаимодействия между видами могут вызывать реакции, способные формировать биоразнообразие планеты.

Классический пример совместной эволюции посредством мутуализма включает паразита и его хозяина. Когда первый развивает новую форму атаки, второй развивает другой тип защиты и адаптируется. Однако когда дело доходит до широкой сети взаимодействий с сотнями видов, например растений, опыляемых множеством насекомых, труднее определить, какие эффекты привели к совместной эволюции в этой сети.

В этих сетях виды, которые не взаимодействуют друг с другом, по-прежнему могут влиять на эволюцию видов посредством косвенных эффектов. Примером косвенного эффекта может служить эволюционное изменение растения, вызванное одним опылителем, которое в конечном итоге приводит к эволюционным изменениям у другого опылителя.

Новое исследование впервые позволило количественно оценить вес косвенных взаимодействий в коэволюции. Напрашивается вывод, что влияние может быть намного больше, чем ожидалось.

В исследовании, опубликованном 18 октября в журнале природа, группа экологов и биологов из пяти учреждений - Университета Сан-Паулу (USP), Государственного университета Кампинаса, Калифорнийского университета, экологической станции Доньяна и Цюрихского университета - объединила теорию эволюции и теорию сетей, чтобы вычислить, как виды могут совместно эволюционировать. в больших сетях взаимопомощи.

Исследователи при поддержке Фонда поддержки исследований штата Сан-Паулу (Fapesp) разработали математическую модель для анализа сетей взаимодействия и разделения эффектов прямого и косвенного взаимодействия. Изученные сети описывают мутуалистические взаимодействия, которые происходят в определенном месте, например, взаимодействия между пчелами, которые опыляют цветы, собирая нектар, или птицами, которые потребляют плоды различных видов растений и рассеивают семена.

Исследование также приносит важные результаты по адаптации и уязвимости видов в ситуациях резких изменений окружающей среды.

«Результаты, полученные с помощью этого подхода, предполагают, что отношения между видами, которые не взаимодействуют напрямую друг с другом, могут иметь больший вес, чем ожидалось, в совместной эволюции видов. Удивительно, но косвенное воздействие больше для специализированных видов, которые напрямую взаимодействуют только с одним или несколькими видами. В качестве примера мы можем представить этот процесс как аналог поведенческих изменений людей, опосредованных социальными сетями. Эти изменения часто вызваны людьми, с которыми они не живут напрямую, а знакомы через общих друзей », - сказал Пауло Роберто Гимарайнш-младший, профессор Института биологических наук USP и главный автор исследования.

Было проанализировано 75 экологических сетей, от очень маленьких сетей, насчитывающих около десяти видов, до структур, в которых более 300 видов взаимодействуют друг с другом. Каждая сеть находится в разных местах на планете, в наземных и морских средах. Для сбора данных команда, сформированная, помимо Гимарайнша, Матиасом Пиресом (Unicamp), Педро Джордано (IEG), Хорди Бакомпте (Цюрихский университет) и Джоном Томпсоном (Калифорнийский университет в Санта-Крус), сотрудничала с исследователями, которые ранее описал взаимодействия в каждой сети.

Имея под рукой данные, команда разделила шесть типов мутуализма, разделенных на два основных класса: интимные мутуализмы, случай взаимодействия между анемонами и рыбами-клоунами, которые проводят практически всю свою жизнь в одном анемоне, и мутуализм нескольких партнеров, например опыление. осуществляется пчелами и рассеянием семян позвоночными животными, которые обычно устанавливают множество взаимодействий с разными видами в одном и том же месте.

Результаты показали, что виды, не взаимодействующие напрямую, могут быть столь же важны, как и виды, взаимодействующие напрямую, в формировании эволюции вида. Однако вес прямых и косвенных взаимодействий зависит от типа мутуализма.

«Когда между партнерами в одной сети очень тесные отношения - как в случае с рыбами-клоунами и анемонами или некоторыми видами муравьев, которые живут внутри деревьев, - наиболее важным является прямое взаимодействие. Это потому, что эти сети взаимодействия более разделены. Итак, способов распространения прямых эффектов не так уж и много. Когда взаимодействие не так близко, косвенные эффекты могут иметь даже больший эффект, чем прямые, на эволюцию вида », - сказал Матиас Пирес из Института биологии Unicamp, еще один автор исследования.

В моделировании, выполненном с использованием богатой видами сети распространения семян, менее 30% селективных воздействий на специализированные виды были вызваны его прямыми партнерами, в то время как влияние косвенных видов составило около 40%.

Вопрос времени

Одно из очевидных последствий косвенных взаимосвязей - большая уязвимость видов в ситуациях резких изменений окружающей среды. Это потому, что чем важнее косвенные эффекты, тем медленнее может быть процесс адаптации к изменениям.

«Изменение окружающей среды, затрагивающее один вид, может вызвать волновой эффект, который распространяется на другие виды, которые также эволюционируют в ответ, вызывая новое селективное давление. Косвенные эффекты могут создавать противоречивое давление отбора, и видам может потребоваться много времени, чтобы адаптироваться к новым ситуациям, что может сделать эти виды более уязвимыми перед исчезновением. В конце концов, изменения окружающей среды могут вызвать изменения, которые быстрее, чем способность видов, погруженных в сеть, адаптироваться », - сказал Гимарайнш.

Количественная оценка косвенных эффектов в сложных сетях - задача не только для экологии. Косвенные эффекты - это фундаментальный компонент процессов, влияющих на генетическую структуру населения, финансовый рынок, международные отношения и культурные обычаи.

«Самое интересное в использовании этого метода, который мы разработали, заключается в том, что он может применяться в нескольких областях. Сетевой подход к взаимодействию является трансдисциплинарным, и инструменты, разработанные для ответа на вопросы по конкретной теме в экологии, например, могут быть использованы для изучения вопросов о социальных сетях или экономике, просто проявите творческий подход », - сказал Пирес.

Статья Косвенные эффекты стимулируют коэволюцию в мутуалистических сетях (DOI: 10.1038 / nature24273), Пауло Р. Гимарайнш-младший, Матиас М. Пирес, Педро Джордано, Хорди Бакомпте и Джон Н. Томпсон, можно прочитать в природа (Кликните сюда).