lovesouthernsocial.com

Стаття дослідників з Бразилії та інших країн, опублікована в Nature, поєднує еволюційні та мережеві теорії, щоб розрахувати, як види можуть спільно еволюціонувати у великих мутуалістичних мережах.

Починаючи з теорії природного відбору Дарвіна в 19 столітті, відомо, що взаємодія між видами може генерувати реакції, здатні формувати біорізноманіття планети.

Класичний приклад коеволюції шляхом мутуалізму включає паразита та його господаря. Коли перший розвиває нову форму атаки, другий розвиває інший тип захисту і адаптується. Однак, коли мова йде про широку мережу взаємодій із сотнями видів – наприклад, рослинами, запилюваними багатьма комахами, – важче визначити, які ефекти спричинили спільну еволюцію в цій мережі.

У цих мережах види, які не взаємодіють один з одним, все ще можуть впливати на еволюцію видів через непрямі ефекти. Прикладом непрямого впливу може бути еволюційна зміна рослини, спричинена одним запилювачем, яка в кінцевому підсумку призведе до еволюційних змін у іншого запилювача.

Новому дослідженню вперше вдалося кількісно визначити вагу непрямих взаємодій у коеволюції. Висновок полягає в тому, що вплив може бути набагато більшим, ніж очікувалося.

У дослідженні, опублікованому 18 жовтня цього року в журналі природа, група екологів та біологів із п’яти установ – Університету Сан-Паулу (USP), Університету штату Кампінас, Каліфорнійського університету, екологічної станції Доньяна та Університету Цюріху – об’єднала еволюційну теорію та теорію мереж, щоб розрахувати, як види можуть спільно еволюціонувати. у великих мережах мутуалізму.

Дослідники за підтримки Фонду підтримки досліджень штату Сан-Паулу (Fapesp) розробили математичну модель для аналізу мереж взаємодії та розділення ефектів прямих і непрямих взаємодій. Досліджені мережі описують мутуалістичні взаємодії, які відбуваються в певному місці, наприклад, взаємодії між бджолами, які запилюють квіти, збираючи нектар, або птахами, які споживають плоди різних видів рослин і розносять насіння.

Дослідження також дає важливі результати для адаптації та вразливості видів у ситуаціях різких змін навколишнього середовища.

«Результати, які ми отримали за допомогою цього підходу, свідчать про те, що відносини між видами, які не взаємодіють безпосередньо один з одним, можуть мати більшу вагу, ніж очікувалося, у спільній еволюції видів. Дивно, але непрямий вплив більший для спеціалізованих видів, які безпосередньо взаємодіють лише з одним або кількома видами. Як приклад, ми можемо уявити цей процес аналогічним змінам поведінки людей через соціальні мережі. Ці зміни часто викликані людьми, з якими вони не живуть безпосередньо, але знають їх через спільних друзів», – сказав Паулу Роберто Гімарайнш-молодший, професор Інституту біонаук USP і головний автор дослідження.

Було проаналізовано 75 екологічних мереж, починаючи від дуже невеликих мереж з близько десяти видів до структур з більш ніж 300 видами, що взаємодіють один з одним. Кожна мережа відбувається в різних місцях планети, у наземних і морських середовищах. Щоб зібрати дані, команда, сформована, крім Гімарайнша, Матіасом Піресом (Unicamp), Педро Джордано (IEG), Хорді Баскомпте (Університет Цюриха) та Джоном Томпсоном (UC-Санта-Крус), співпрацювала з дослідниками, які раніше описані взаємодії в кожній мережі.

Маючи на руках дані, команда розділила шість типів мутуалізму, розділених на два великі класи: інтимний взаємовідносини, випадок взаємодії між анемонами та рибами-клоунами, які проводять практично все своє життя в одній анемоні, і взаємини кількох партнерів, такі як запилення. виконується бджолами і розповсюджується насіння хребетними, які зазвичай встановлюють багато взаємодій з різними видами в одному місці.

Результати показали, що види, що не взаємодіють безпосередньо, можуть бути настільки ж важливими, як і види, що безпосередньо взаємодіють, у формуванні еволюції виду. Однак вага прямих і непрямих взаємодій залежить від типу мутуалізму.

«Коли стосунки дуже тісні між партнерами в одній мережі – як у випадку з рибами-клоунами та анемонами чи певними видами мурах, які живуть на деревах – найбільше значення має пряма взаємодія. Це тому, що ці мережі взаємодії більш розділені. Таким чином, існує не так багато способів поширення прямих ефектів. Коли взаємодія не настільки тісна, непрямі ефекти можуть мати навіть більший вплив, ніж прямі, на еволюцію виду», – сказав Матіас Пірес з Інституту біології в Unicamp, інший автор дослідження.

У моделюванні, проведеному за допомогою мережі розповсюдження насіння, багатого видами, менше 30% селективного впливу на спеціалізовані види зумовлювали його прямі партнери, тоді як вплив непрямих видів становив близько 40%.

Питання часу

Одним із очевидних наслідків впливу непрямих зв'язків є більша вразливість видів у ситуаціях різких змін навколишнього середовища. Це тому, що чим важливіші непрямі ефекти, тим повільнішим може бути процес адаптації до змін.

«Зміна навколишнього середовища, яка впливає на один вид, може спричинити хвилюючу дію, яка поширюється на інші види, які також еволюціонують у відповідь, викликаючи новий вибірковий тиск. Непрямий вплив може створити суперечливий тиск відбору, і видам може знадобитися багато часу, щоб адаптуватися до нових ситуацій, що може зробити ці види більш вразливими до зникнення. Зрештою, зміни в навколишньому середовищі можуть викликати зміни, які відбуваються швидше, ніж здатність видів, занурених у мережу, адаптуватися», – сказав Гімарайнш.

Кількісна оцінка непрямих ефектів у складних мережах є проблемою не лише для екології. Непрямі ефекти є фундаментальним компонентом процесів, які впливають на генетичну структуру популяцій, фінансовий ринок, міжнародні відносини та культурні практики.

«Цікавим використання цього методу, який ми розробили, є те, що його можна застосовувати в кількох сферах. Підхід до мереж взаємодії є трансдисциплінарним, і інструменти, розроблені, щоб відповісти на запитання щодо конкретної теми в екології, наприклад, можна використовувати для вивчення питань про соціальні мережі чи економіку, просто будьте креативними», – сказав Пірес.

Стаття Непрямі ефекти стимулюють коеволюцію в мутуалістичних мережах (doi:10.1038/nature24273), авторів Паулу Р. Гімарайнша-молодшого, Матіаса М. Піреса, Педро Джордано, Жорді Баскомпта та Джона Н. Томпсона, можна прочитати у природа (Натисніть тут).