В статье, опубликованной 18 октября в журнале Nature, группа экологов и биологов-эволюционистов из пяти университетов попыталась понять, как виды совместно эволюционируют в больших сетях мутуалистических видов. Исследование дало неожиданные результаты об относительной важности прямых и косвенных эффектов в таких сетях.«Когда парные взаимодействия встроены в более широкую сеть взаимодействий, что происходит, когда эффекты распространяются по сети? Это действительно сложная проблема, и не только в биологии», — сказал соавтор Джон Томпсон, выдающийся профессор экологии и эволюционная биология в Калифорнийском университете в Санта-Крус.
Сила паутины и сетей знакома в наш век Интернета. Интернет и его пользователи образуют сети, как и дороги и автомобили, предприятия и города, а также нейроны в наших телах. Миллионы видов на Земле также образуют сети, поскольку виды охотятся друг на друга, паразитируют друг на друге, конкурируют за пищу и образуют взаимовыгодные ассоциации.
Естественный отбор благоприятствует хищникам, которые лучше ловят добычу, добыче с лучшей защитой и особям, которые лучше конкурируют с другими видами. Среди видов-мутуалистов естественный отбор отдает предпочтение, например, растениям, которые лучше привлекают насекомых-опылителей, и насекомым, посещающим цветы, которые лучше извлекают пыльцу и нектар из цветов.Просто описать полную схему связей внутри этих сетей — непростая задача. В новом исследовании авторы начали с набора из 75 сетей взаимодействующих видов, которые другие исследователи ранее описывали из широкого спектра наземных и морских сред.
Эти сети включали, например, растения и опылители, растения и плоды птиц и млекопитающих, а также анемонов и рыб анемонов.
В каждой паутине были, с одной стороны, виды, которые взаимодействуют только с одним другим видом, и с другой стороны, виды, которые взаимодействуют со многими другими видами. Если нарисовать сеть, каждый вид представляет собой узел, а каждое взаимодействие между видами — это линия между двумя узлами.
Таким образом, каждая линия представляет собой прямое взаимодействие между двумя видами.Используя эти сети в качестве отправной точки, авторы разработали математическую модель, которая позволила им впервые исследовать, как коэволюция может формировать черты видов в сложных сетях многих взаимодействующих видов.
Они хотели понять, как коэволюция формирует виды, которые взаимодействуют прямо и косвенно. Если два вида взаимодействуют и эволюционируют друг с другом, то их совместная эволюция, в свою очередь, может косвенно повлиять на будущую эволюцию других видов в сети. Авторы изучили относительное влияние прямой и косвенной коэволюции на эволюцию признаков внутри паутины разной формы.
Их анализ показал два противоречивых результата. Во-первых, чем сильнее значение коэволюционного отбора между партнерами, тем больше значение косвенных воздействий на общую эволюцию всей сети.
Во-вторых, в мутуализме с участием нескольких партнеров наиболее специализированные виды — виды с наименьшим количеством прямых партнеров — больше подвержены косвенным эффектам, чем их прямым партнерам.Эти два результата, вместе с другими результатами, описанными в статье, имеют большое значение для понимания эволюции и коэволюции внутри сетей взаимодействующих видов.
Среди наиболее важных — два вывода, которые связывают эволюцию, коэволюцию и скорость изменения окружающей среды.При медленном изменении окружающей среды косвенное влияние видов на эволюцию других видов может способствовать сохранению мутуалистических взаимодействий в течение длительных периодов времени. Напротив, быстрое изменение окружающей среды может замедлить общую скорость эволюции, обусловленную прямыми взаимодействиями внутри больших сетей, что делает каждый вид более уязвимым перед исчезновением.
Таким образом, при быстром изменении окружающей среды среда может меняться быстрее, чем виды могут адаптироваться в больших мутуалистических сетях.«Косвенные эффекты служат буфером для системы при медленных изменениях окружающей среды, поддерживая ее стабильность. Однако с учетом тех быстрых изменений окружающей среды, которые мы наблюдаем сейчас, этот буферный эффект может фактически помешать видам адаптироваться достаточно быстро», — сказал Томпсон.Проблема прямых и косвенных эффектов в сетях не уникальна для биологии.
Ученые из физики, инженерии, информатики и других дисциплин беспокоятся о том, как изучать косвенные эффекты в паутине. Разработанная авторами среда моделирования применима ко многим типам сетей.