co-evolutie, die optreedt wanneer soorten op elkaar inwerken en zich aan elkaar aanpassen, wordt vaak bestudeerd in de context van paarsgewijze interacties tussen wederzijds voordelige symbiotische partners. Maar veel soorten hebben mutualistische interacties met meerdere partners, wat leidt tot complexe netwerken van op elkaar inwerkende soorten.

In een paper gepubliceerd op 18 oktober in het tijdschrift Natuur , een groep ecologen en evolutiebiologen van vijf universiteiten heeft geprobeerd te begrijpen hoe soorten samen evolueren binnen grote webben van mutualistische soorten. Het onderzoek leverde verrassende bevindingen op over het relatieve belang van directe en indirecte effecten binnen dergelijke netwerken.

"Wanneer paarsgewijze interacties zijn ingebed in een groter web van interacties, wat gebeurt er als de effecten zich door het netwerk verspreiden? Het is een heel moeilijk probleem om op te lossen, en niet alleen in de biologie, " zei co-auteur John Thompson, onderscheiden hoogleraar ecologie en evolutionaire biologie aan de UC Santa Cruz.

De kracht van webs en netwerken is vertrouwd in dit internettijdperk. Het internet en zijn gebruikers vormen webben, net als wegen en auto's, bedrijven en steden, en de neuronen in ons lichaam. De miljoenen soorten op aarde vormen ook webben als soorten op elkaar jagen, elkaar parasiteren, strijden om voedsel, en vormen wederzijds voordelige verenigingen.

Natuurlijke selectie is gunstig voor roofdieren die beter zijn in het vangen van prooien, prooi die een betere verdediging heeft, en individuen die beter concurreren met andere soorten. Onder mutualistische soorten, natuurlijke selectie gunsten, bijvoorbeeld, planten die beter zijn in het aantrekken van bestuivende insecten en bloembezoekende insecten die beter zijn in het extraheren van stuifmeel en nectar uit bloemen.

Alleen al het beschrijven van het volledige patroon van verbindingen binnen deze webben is een ontmoedigende taak. In de nieuwe studie de auteurs begonnen met een reeks van 75 webben van op elkaar inwerkende soorten die andere onderzoekers eerder hadden beschreven uit een breed scala van terrestrische en mariene omgevingen. Deze webben inbegrepen, bijvoorbeeld, planten en bestuivers, planten en fruitetende vogels en zoogdieren, en anemonen en anemoonvissen.

Elk web had, aan het ene uiterste, soorten die interactie hebben met slechts één andere soort en, aan het andere uiterste, soorten die in wisselwerking staan ​​met vele andere soorten. Wanneer getekend als een netwerk, elke soort is een knoop en elke interactie tussen soorten is een lijn tussen twee knopen. Elke lijn is dus een directe interactie tussen twee soorten.

Met deze webben als uitgangspunt, de auteurs ontwikkelden een wiskundig model waarmee ze voor het eerst konden onderzoeken hoe co-evolutie de eigenschappen van soorten zou kunnen vormen in complexe webben van veel op elkaar inwerkende soorten. Ze wilden begrijpen hoe co-evolutie soorten vormt die zowel direct als indirect op elkaar inwerken. Als twee soorten met elkaar interageren en co-evolueren, dan hun co-evolutie, beurtelings, zou indirect de toekomstige evolutie van andere soorten binnen het web kunnen beïnvloeden. De auteurs bestudeerden de relatieve effecten van directe en indirecte co-evolutie op de evolutie van eigenschappen binnen webben met verschillende vormen.

Hun analyses suggereerden twee contra-intuïtieve resultaten. Eerst, hoe sterker het belang van co-evolutionaire selectie tussen partners, hoe groter het belang van indirecte effecten op de algemene evolutie in het hele netwerk. Tweede, in mutualismen waarbij meerdere partners betrokken zijn, de meest gespecialiseerde soorten - die soorten met de minste directe partners - worden meer beïnvloed door indirecte effecten dan door hun directe partners.

Deze twee resultaten, samen met andere resultaten die in de krant worden vermeld, hebben veel implicaties voor het begrip van evolutie en co-evolutie binnen webben van op elkaar inwerkende soorten. Een van de belangrijkste zijn twee conclusies die evolutie met elkaar verbinden, co-evolutie, en de snelheid van veranderingen in het milieu.

Met langzame veranderingen in het milieu, de indirecte effecten van soorten op de evolutie van andere soorten kunnen ertoe bijdragen dat mutualistische interacties gedurende lange tijd aanhouden. In tegenstelling tot, snelle veranderingen in het milieu kunnen de algehele evolutie vertragen, aangedreven door directe interacties binnen grote netwerken, waardoor elke soort kwetsbaarder wordt voor uitsterven. Met snelle veranderingen in het milieu, dan, omgevingen kunnen sneller veranderen dan soorten zich kunnen aanpassen binnen grote mutualistische netwerken.

"De indirecte effecten dienen om het systeem te bufferen bij langzame veranderingen in het milieu, het stabiel houden. Met de snelle veranderingen in het milieu die we nu zien, echter, dit bufferende effect kan ervoor zorgen dat soorten zich niet snel genoeg aanpassen, ' zei Thompson.

Het probleem van directe en indirecte effecten binnen netwerken is niet uniek voor de biologie. Het bestuderen van indirecte effecten binnen webben heeft wetenschappers in de natuurkunde, Engineering, computertechnologie, en andere disciplines. Het door de auteurs ontwikkelde modelleringskader is toepasbaar op vele soorten netwerken.