tucani, come questo tucano dal becco verde, sono i principali dispersori di semi di alcuni alberi della foresta tropicale, comprese le palme. Credito:John Thompson
coevoluzione, che si verifica quando le specie interagiscono e si adattano l'una all'altra, è spesso studiato nel contesto delle interazioni a coppie tra partner simbiotici reciprocamente vantaggiosi. Ma molte specie hanno interazioni mutualistiche con più partner, portando a complesse reti di specie interagenti.
In un articolo pubblicato il 18 ottobre sulla rivista Natura , un gruppo di ecologi e biologi evoluzionisti di cinque università ha tentato di capire come le specie coevolvono all'interno di vaste reti di specie mutualistiche. Lo studio ha prodotto risultati sorprendenti sull'importanza relativa degli effetti diretti e indiretti all'interno di tali reti.
"Quando le interazioni a coppie sono incorporate in una rete più ampia di interazioni, cosa succede quando gli effetti si diffondono attraverso la rete? È un problema davvero difficile da risolvere, e non solo in biologia, " ha detto il coautore John Thompson, illustre professore di ecologia e biologia evolutiva alla UC Santa Cruz.
Il potere dei web e delle reti è familiare nell'era di Internet. Internet e i suoi utenti formano reti, come le strade e le automobili, imprese e città, e i neuroni all'interno del nostro corpo. Anche i milioni di specie della Terra formano reti mentre le specie si predano a vicenda, parassitizzarsi a vicenda, competere per il cibo, e formare associazioni reciprocamente vantaggiose.
La selezione naturale favorisce i predatori che sono più bravi a catturare le prede, prede che hanno difese migliori, e individui che competono meglio contro altre specie. Tra le specie mutualistiche, la selezione naturale favorisce, Per esempio, piante che sono più brave ad attirare gli insetti impollinatori e gli insetti che visitano i fiori che sono più bravi ad estrarre polline e nettare dai fiori.
Descrivere solo l'intero modello di connessioni all'interno di queste reti è un compito arduo. Nel nuovo studio, gli autori hanno iniziato con una serie di 75 reti di specie interagenti che altri ricercatori avevano precedentemente descritto da un'ampia gamma di ambienti terrestri e marini. Queste reti includevano, Per esempio, piante e impollinatori, piante e uccelli e mammiferi che si nutrono di frutta, e anemoni e pesce anemone.
Le reti di specie mutualistiche spesso si espandono man mano che vengono introdotte nuove specie. Qui il colibrì di una femmina di Anna fa visita a una salvia messicana in un giardino californiano. Credito:John Thompson
Ogni web aveva, ad un estremo, specie che interagiscono con una sola altra specie e, all'altro estremo, specie che interagiscono con molte altre specie. Quando disegnato come una rete, ogni specie è un nodo e ogni interazione tra specie è una linea tra due nodi. Ogni linea è quindi un'interazione diretta tra due specie.
Usando queste reti come punto di partenza, gli autori hanno sviluppato un modello matematico che ha permesso loro di esplorare per la prima volta come la coevoluzione potrebbe modellare i tratti delle specie attraverso reti complesse di molte specie interagenti. Volevano capire come la coevoluzione modella le specie che interagiscono sia direttamente che indirettamente. Se due specie interagiscono e coevolvono tra loro, poi la loro coevoluzione, a sua volta, potrebbe influenzare indirettamente l'evoluzione futura di altre specie all'interno del web. Gli autori hanno studiato gli effetti relativi della coevoluzione diretta e indiretta sull'evoluzione dei tratti all'interno di reti di diverse forme.
Le loro analisi hanno suggerito due risultati controintuitivi. Primo, maggiore è l'importanza della selezione coevolutiva tra i partner, maggiore è l'importanza degli effetti indiretti sull'evoluzione complessiva di tutta la rete. Secondo, nei mutualismi che coinvolgono più partner, le specie più specializzate, quelle con il minor numero di partner diretti, sono più influenzate dagli effetti indiretti che dai loro partner diretti.
Questi due risultati, insieme ad altri risultati riportati nel documento, hanno molte implicazioni per la comprensione dell'evoluzione e della coevoluzione all'interno di reti di specie interagenti. Tra le più importanti ci sono due conclusioni che collegano l'evoluzione, coevoluzione, e il tasso di cambiamento ambientale.
Con il lento cambiamento ambientale, gli effetti indiretti delle specie sull'evoluzione di altre specie possono aiutare le interazioni mutualistiche a persistere per lunghi periodi di tempo. In contrasto, il rapido cambiamento ambientale può rallentare il tasso complessivo di evoluzione guidato da interazioni dirette all'interno di grandi reti, rendendo ogni specie più vulnerabile all'estinzione. Con il rapido cambiamento ambientale, poi, gli ambienti possono cambiare più velocemente di quanto le specie possano adattarsi all'interno di grandi reti mutualistiche.
"Gli effetti indiretti servono a tamponare il sistema in caso di lenti cambiamenti ambientali, mantenendolo stabile. Con i tipi di rapidi cambiamenti ambientali a cui stiamo assistendo ora, però, questo effetto tampone può effettivamente impedire alle specie di adattarsi abbastanza velocemente, "ha detto Thompson.
Il problema degli effetti diretti e indiretti all'interno delle reti non è esclusivo della biologia. Come studiare gli effetti indiretti all'interno delle reti ha preoccupato gli scienziati in fisica, ingegneria, informatica, e altre discipline. Il framework di modellazione sviluppato dagli autori è applicabile a molti tipi di reti.
