قد يكون للتفاعلات غير المباشرة وزن أكبر في تطور الأنواع في الشبكات البيئية

مقال بقلم باحثون من البرازيل ودول أخرى ، نُشر في Nature ، يجمع بين النظريات التطورية والشبكات لحساب كيف يمكن للأنواع أن تتطور معًا في شبكات تكافلية كبيرة

عصفور

منذ نظرية داروين في الانتقاء الطبيعي ، في القرن التاسع عشر ، من المعروف أن التفاعلات بين الأنواع يمكن أن تولد استجابات قادرة على تشكيل التنوع البيولوجي للكوكب.

يتضمن المثال الكلاسيكي للتطور المشترك من خلال التبادلية الطفيلي ومضيفه. عندما يطور الأول شكلاً جديدًا للهجوم ، يطور الثاني نوعًا آخر من الدفاع ويتكيف. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بشبكة واسعة من التفاعلات مع مئات الأنواع - مثل النباتات الملقحة بواسطة العديد من الحشرات - يكون من الصعب تحديد التأثيرات التي أدت إلى التطور المشترك عبر هذه الشبكة.

في هذه الشبكات ، يمكن للأنواع التي لا تتفاعل مع بعضها البعض أن تؤثر على تطور الأنواع من خلال التأثيرات غير المباشرة. مثال على التأثير غير المباشر هو التغيير التطوري في النبات الذي يسببه أحد الملقحات والذي ينتهي به الأمر إلى تغييرات تطورية في ملقح آخر.

نجح بحث جديد في تحديد وزن التفاعلات غير المباشرة في التطور المشترك ، لأول مرة. الاستنتاج هو أن التأثير يمكن أن يكون أكبر بكثير مما كان متوقعا.

في الدراسة التي نشرت في 18 أكتوبر في المجلة طبيعة سجية، مجموعة من علماء البيئة وعلماء الأحياء من خمس مؤسسات - جامعة ساو باولو (USP) ، وجامعة ولاية كامبيناس ، وجامعة كاليفورنيا ، ومحطة دونانا البيئية ، وجامعة زيورخ - جمعت بين النظرية التطورية ونظرية الشبكة لحساب كيف يمكن للأنواع أن تتطور معًا في شبكات التبادلية الكبيرة.

طور الباحثون ، بدعم من مؤسسة دعم الأبحاث في ولاية ساو باولو (Fapesp) ، نموذجًا رياضيًا لتحليل شبكات التفاعل وفصل تأثيرات التفاعلات المباشرة وغير المباشرة. تصف الشبكات المدروسة التفاعلات المتبادلة التي تحدث في مكان ما ، مثل التفاعلات بين النحل الذي يقوم بتلقيح الأزهار عن طريق جمع الرحيق أو الطيور التي تستهلك ثمارًا من أنواع نباتية مختلفة وتشتت البذور.

تقدم الدراسة أيضًا نتائج مهمة للتكيف مع الأنواع وقابلية تأثرها في حالات التغير البيئي المفاجئ.

تشير النتائج التي حصلنا عليها باستخدام هذا النهج إلى أن العلاقات بين الأنواع التي لا تتفاعل بشكل مباشر مع بعضها البعض قد يكون لها وزن أكبر مما هو متوقع في التطور المشترك للأنواع. والمثير للدهشة أن التأثير غير المباشر يكون أكبر بالنسبة للأنواع المتخصصة ، تلك التي تتفاعل فقط مع نوع واحد أو عدد قليل من الأنواع بشكل مباشر. على سبيل المثال ، يمكننا أن نتخيل هذه العملية على أنها مماثلة للتغيرات السلوكية في الأشخاص الذين تتوسطهم الشبكات الاجتماعية. قال باولو روبرتو غيماريش جونيور ، الأستاذ في معهد العلوم البيولوجية التابع لجامعة جنوب المحيط الهادئ والمؤلف الرئيسي للدراسة: "غالبًا ما تحدث هذه التغييرات بسبب أشخاص لا يعيشون معهم بشكل مباشر ، ولكنهم يعرفون من خلال الأصدقاء المشتركين".

تم تحليل 75 شبكة بيئية ، تتراوح من شبكات صغيرة جدًا ، مع حوالي عشرة أنواع ، إلى هياكل بها أكثر من 300 نوع تتفاعل مع بعضها البعض. تحدث كل شبكة في أماكن مختلفة على هذا الكوكب ، في البيئات الأرضية والبحرية. لجمع البيانات ، تم تشكيل الفريق ، بالإضافة إلى غيماريش ، بواسطة ماتياس بيريس (يونيكامب) وبيدرو جوردانو (IEG) وجوردي باسكومبت (جامعة زيورخ) وجون طومسون (جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز) بالتعاون مع الباحثين الذين سبق وصف التفاعلات في كل شبكة.

مع وجود البيانات في متناول اليد ، قسّم الفريق ستة أنواع من التبادلية مصنفة إلى فئتين رئيسيتين: التبادلية الحميمة ، حالة التفاعلات بين شقائق النعمان وسمك المهرج التي تقضي عمليًا حياتها بأكملها في شقائق النعمان ، والتكافل بين شركاء متعددين ، مثل التلقيح يؤديها النحل وتشتت البذور بواسطة الفقاريات ، والتي عادة ما تنشئ تفاعلات عديدة مع أنواع مختلفة في نفس المكان.

أظهرت النتائج أن الأنواع غير المتفاعلة بشكل مباشر يمكن أن تكون بنفس أهمية الأنواع المتفاعلة بشكل مباشر في تشكيل تطور الأنواع. ومع ذلك ، فإن وزن التفاعلات المباشرة وغير المباشرة يعتمد على نوع التبادلية.

"عندما تكون العلاقة وثيقة جدًا بين الشركاء في نفس الشبكة - كما هو الحال مع كلوونفيش وشقائق النعمان أو أنواع معينة من النمل التي تعيش داخل الأشجار - فإن أكثر ما يهم هو التفاعلات المباشرة. هذا لأن شبكات التفاعل هذه أكثر تجزئة. لذلك ، لا توجد طرق عديدة لنشر التأثيرات المباشرة. قال ماتياس بيريس ، من معهد الأحياء في يونيكامب ، وهو مؤلف آخر للدراسة ، عندما لا يكون التفاعل قريبًا جدًا ، يمكن أن يكون للتأثيرات غير المباشرة تأثير أكبر من التأثيرات المباشرة على تطور الأنواع.

في محاكاة تم إجراؤها باستخدام شبكة تشتت بذور غنية بالأنواع ، كان أقل من 30٪ من التأثيرات الانتقائية على الأنواع المتخصصة مدفوعة بشركائها المباشرين ، بينما شكلت تأثيرات الأنواع غير المباشرة حوالي 40٪.

مسألة وقت

من النتائج الواضحة لتأثير العلاقات غير المباشرة زيادة تعرض الأنواع في حالات التغير البيئي المفاجئ. هذا لأنه كلما زادت أهمية التأثيرات غير المباشرة ، يمكن أن تكون عملية التكيف أبطأ.

يمكن للتغيير البيئي الذي يؤثر على نوع واحد أن يولد تأثيرًا مضاعفًا ينتشر إلى الأنواع الأخرى التي تتطور أيضًا استجابةً ، مما يتسبب في ضغوط انتقائية جديدة. يمكن أن تخلق التأثيرات غير المباشرة ضغوط اختيار متضاربة ويمكن أن تستغرق الأنواع وقتًا طويلاً للتكيف مع المواقف الجديدة ، مما قد يجعل هذه الأنواع أكثر عرضة للانقراض. في النهاية ، يمكن أن تسبب التغيرات البيئية تغييرات أسرع من قدرة الأنواع المنغمسة في شبكة على التكيف "، قال غيماريش.

يعد تحديد التأثيرات غير المباشرة في الشبكات المعقدة تحديًا ليس فقط لعلم البيئة. الآثار غير المباشرة هي عنصر أساسي في العمليات التي تؤثر على التركيب الجيني للسكان ، والسوق المالية ، والعلاقات الدولية والممارسات الثقافية.

"الشيء المثير للاهتمام في استخدام هذه الطريقة التي طورناها هو أنه يمكن تطبيقها في عدة مجالات. إن نهج شبكات التفاعل متعدد التخصصات والأدوات التي تم تطويرها للإجابة على أسئلة حول موضوع معين في علم البيئة ، على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لدراسة أسئلة حول الشبكات الاجتماعية أو الاقتصاد ، فقط كن مبدعًا "، قال بيريس.

المقالة تؤدي التأثيرات غير المباشرة إلى التطور المشترك في الشبكات التبادلية (doi: 10.1038 / nature24273) ، بقلم باولو آر غيماريش جونيور ، ماتياس إم بيريس ، بيدرو جوردانو ، جوردي باسكومبت وجون إن تومبسون ، يمكن قراءتها في طبيعة سجية (انقر هنا).


المصدر: وكالة FAPESP