Indirekte Wechselwirkungen können bei der Evolution von Arten in ökologischen Netzwerken ein größeres Gewicht haben

Der in Nature veröffentlichte Artikel von Forschern aus Brasilien und anderen Ländern kombiniert Evolutions- und Netzwerktheorien, um zu berechnen, wie sich Arten in großen Netzwerken des Gegenseitigkeitsgefühls entwickeln können

Vogel

Seit Darwins Theorie der natürlichen Selektion im 19. Jahrhundert ist bekannt, dass Wechselwirkungen zwischen Arten Reaktionen hervorrufen können, die die biologische Vielfalt des Planeten beeinflussen können.

Das klassische Beispiel für die Koevolution durch Gegenseitigkeit betrifft einen Parasiten und seinen Wirt. Wenn der erste eine neue Form des Angriffs entwickelt, entwickelt der zweite eine andere Art der Verteidigung und passt sich an. Wenn es jedoch um ein breites Netzwerk von Wechselwirkungen mit Hunderten von Arten geht - beispielsweise mit Pflanzen, die von vielen Insekten bestäubt wurden - wird es schwieriger zu bestimmen, welche Auswirkungen die Koevolution in diesem Netzwerk ausgelöst haben.

In diesen Netzwerken können Arten, die nicht miteinander interagieren, die Entwicklung von Arten durch indirekte Effekte beeinflussen. Ein Beispiel für einen indirekten Effekt wäre eine evolutionäre Veränderung in einer Pflanze, die durch einen Bestäuber verursacht wird und zu evolutionären Veränderungen in einem anderen Bestäuber führt.

Neue Forschungen konnten zum ersten Mal das Gewicht indirekter Wechselwirkungen bei der Koevolution quantifizieren. Die Schlussfolgerung ist, dass die Auswirkungen viel größer sein können als erwartet.

In der Studie, die am 18. Oktober in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde , hat sich eine Gruppe von Ökologen und Biologen aus fünf Institutionen - der Universität von São Paulo (USP), der staatlichen Universität von Campinas, der Universität von Kalifornien, der Doñana Ecological Station und der Universität von Zürich - zusammengeschlossen Evolutionstheorie und Netzwerktheorie, um zu berechnen, wie sich Arten in großen Netzwerken des Gegenseitigkeitsgefühls entwickeln können.

Die Forscher, unterstützt von der São Paulo State Research Support Foundation (Fapesp), entwickelten ein mathematisches Modell zur Analyse von Interaktionsnetzwerken und zur Trennung der Auswirkungen direkter und indirekter Interaktionen. Die untersuchten Netzwerke beschreiben die wechselseitigen Wechselwirkungen, die an einem Ort auftreten, wie beispielsweise die Wechselwirkungen zwischen Bienen, die Blumen bestäuben, wenn sie Nektar sammeln, oder Vögeln, die Früchte verschiedener Pflanzenarten verzehren und Samen zerstreuen.

Die Studie liefert auch wichtige Ergebnisse für die Anpassung und Anfälligkeit von Arten in Situationen abrupter Umweltveränderungen.

„Die Ergebnisse, die wir mit diesem Ansatz erhalten haben, legen nahe, dass die Beziehungen zwischen Arten, die nicht direkt miteinander interagieren, ein größeres Gewicht haben können als bei der Koevolution der Arten erwartet. Überraschenderweise ist die indirekte Auswirkung auf spezialisierte Arten größer, die nur mit einer oder wenigen Arten direkt interagieren. Zum Beispiel können wir uns diesen Prozess als analog zu Verhaltensänderungen bei Menschen vorstellen, die durch soziale Netzwerke vermittelt werden. Oft werden diese Veränderungen von Menschen verursacht, mit denen sie nicht direkt leben, sondern die sie durch gemeinsame Freunde kennen “, sagte Paulo Roberto Guimarães Jr., Professor am USP Biosciences Institute und Hauptautor der Studie.

Es wurden 75 ökologische Netzwerke analysiert, von sehr kleinen Netzwerken mit etwa zehn Arten bis zu Strukturen mit mehr als 300 Arten, die miteinander interagieren. Jedes Netzwerk befindet sich an verschiedenen Orten auf dem Planeten, in terrestrischen und marinen Umgebungen. Um die Daten zu sammeln, setzte das Team, das neben Guimarães von Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (Universität Zürich) und John Thompson (UC-Santa Cruz) gebildet wurde, auf die Zusammenarbeit von Forschern, die zuvor beschrieben die Interaktionen in jedem Netzwerk.

Mit den vorliegenden Daten teilte das Team sechs Arten von Gegenseitigkeit in zwei Hauptklassen ein: intime Gegenseitigkeit, den Fall von Interaktionen zwischen Anemonen und Clownfischen, die fast ihr ganzes Leben in einer einzigen Anemone verbringen, und Gegenseitigkeit mehrerer Partner, wie z Bestäubung durch Bienen und Verbreitung von Samen durch Wirbeltiere, die normalerweise viele Wechselwirkungen mit verschiedenen Arten am selben Ort herstellen.

Die Ergebnisse zeigten, dass Arten, die nicht direkt interagieren, genauso wichtig sein können wie Arten, die direkt interagieren, um die Entwicklung einer Art zu gestalten. Das Gewicht direkter und indirekter Interaktionen hängt jedoch von der Art des Gegenseitigkeitsgefühls ab.

„Wenn die Beziehung zwischen Partnern im selben Netzwerk sehr eng ist - wie es bei Clownfischen und Anemonen oder bestimmten Ameisenarten der Fall ist, die in Bäumen leben -, sind direkte Interaktionen am wichtigsten. Dies liegt daran, dass diese Interaktionsnetzwerke stärker unterteilt sind. Es gibt also nicht so viele Möglichkeiten, wie sich die direkten Auswirkungen ausbreiten können. Wenn die Wechselwirkung nicht so eng ist, können die indirekten Auswirkungen einen noch größeren Einfluss haben als die direkten Auswirkungen auf die Evolution einer Art “, sagte Mathias Pires vom Unicamp Institute of Biology, einem anderen Studienautor.

In einer Simulation, die mit einem Dispersionsnetzwerk artenreicher Samen durchgeführt wurde, wurden weniger als 30% der selektiven Auswirkungen auf die spezialisierten Arten von ihren direkten Partnern gesteuert, während die Auswirkungen indirekter Arten etwa 40% ausmachten.

Eine Frage der Zeit

Eine der eindeutigen Konsequenzen für die Auswirkungen indirekter Beziehungen ist die größere Anfälligkeit von Arten in Situationen abrupter Umweltveränderungen. Dies liegt daran, dass der Anpassungsprozess an Änderungen umso langsamer sein kann, je wichtiger die indirekten Auswirkungen sind.

„Eine Umweltveränderung, die eine Art betrifft, kann einen Kaskadeneffekt erzeugen, der sich auf andere Arten ausbreitet, die sich ebenfalls als Reaktion entwickeln und neuen selektiven Druck verursachen. Indirekte Effekte können zu widersprüchlichen Selektionsdrücken führen, und es kann lange dauern, bis sich Arten an neue Situationen angepasst haben, wodurch diese Arten anfälliger für das Aussterben werden. Letztendlich können Umweltveränderungen zu Veränderungen führen, die schneller sind als die Anpassungsfähigkeit von Arten, die in ein Netzwerk eingetaucht sind “, sagte Guimarães.

Die Quantifizierung indirekter Effekte in komplexen Netzwerken ist nicht nur für die Ökologie eine Herausforderung. Indirekte Effekte sind ein grundlegender Bestandteil von Prozessen, die die genetische Struktur der Bevölkerung, den Finanzmarkt, die internationalen Beziehungen und die kulturellen Praktiken beeinflussen.

„Das Interessante an dieser von uns entwickelten Methode ist, dass sie in mehreren Bereichen angewendet werden kann. Der Ansatz des Interaktionsnetzwerks ist transdisziplinär und die Tools, die zur Beantwortung von Fragen zu einem bestimmten Thema in der Ökologie entwickelt wurden, können beispielsweise verwendet werden, um Fragen zu sozialen Netzwerken oder zur Ökonomie zu untersuchen. Seien Sie einfach kreativ “, sagte Pires.

Der Artikel Indirekte Effekte treiben die Koevolution in wechselseitigen Netzwerken voran (doi: 10.1038 / nature24273) von Paulo R. Guimarães Jr., Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte und John N. Thompson kann in Nature gelesen werden (hier klicken).


Quelle: Agência Fapesp

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