Samevolution, som uppstår när arter interagerar och anpassar sig till varandra, studeras ofta i samband med parvisa interaktioner mellan ömsesidigt fördelaktiga symbiotiska partners. Men många arter har ömsesidiga interaktioner med flera partners, vilket leder till komplexa nätverk av interagerande arter.

I en artikel publicerad 18 oktober i tidningen Natur , en grupp ekologer och evolutionsbiologer från fem universitet har försökt förstå hur arter samutvecklas inom stora nät av mutualistiska arter. Studien gav överraskande resultat om den relativa betydelsen av direkta och indirekta effekter inom sådana nätverk.

"När parvisa interaktioner är inbäddade i ett större nät av interaktioner, vad händer när effekterna diffunderar genom nätverket? Det är ett riktigt svårt problem att lösa, och inte bara inom biologi, " sa medförfattaren John Thompson, framstående professor i ekologi och evolutionsbiologi vid UC Santa Cruz.

Kraften hos webbar och nätverk är bekant i denna internetålder. Internet och dess användare bildar webbar, liksom vägar och bilar, företag och städer, och neuronerna i våra kroppar. Jordens miljoner arter bildar också banor som arter byter varandra, parasitera varandra, tävla om maten, och bilda ömsesidigt fördelaktiga föreningar.

Naturligt urval gynnar rovdjur som är bättre på att fånga byten, byte som har bättre försvar, och individer som konkurrerar bättre mot andra arter. Bland mutualistiska arter, naturligt urval gynnar, till exempel, växter som är bättre på att attrahera pollinerande insekter och blombesökande insekter som är bättre på att utvinna pollen och nektar från blommor.

Bara att beskriva hela mönstret för anslutningar inom dessa banor är en skrämmande uppgift. I den nya studien, författarna började med en uppsättning av 75 vävar av interagerande arter som andra forskare tidigare beskrivit från ett brett spektrum av terrestra och marina miljöer. Dessa banor inkluderade, till exempel, växter och pollinatörer, växter och fruktätande fåglar och däggdjur, och anemoner och anemonfisk.

Varje webb hade, i ena ytterligheten, arter som interagerar med endast en annan art och, i den andra ytterligheten, arter som interagerar med många andra arter. När det ritas som ett nätverk, varje art är en nod och varje interaktion mellan arter är en linje mellan två noder. Varje rad är därför en direkt interaktion mellan två arter.

Med dessa nät som utgångspunkt, författarna utvecklade en matematisk modell som gjorde det möjligt för dem att för första gången utforska hur samevolution kan forma arternas egenskaper genom komplexa vävar av många interagerande arter. De ville förstå hur samevolution formar arter som interagerar både direkt och indirekt. Om två arter interagerar och samutvecklas med varandra, sedan deras samevolution, i tur och ordning, kan indirekt påverka den framtida utvecklingen av andra arter inom nätet. Författarna studerade de relativa effekterna av direkt och indirekt coevolution på utvecklingen av egenskaper inom banor av olika former.

Deras analyser föreslog två motintuitiva resultat. Först, ju starkare är betydelsen av samevolutionärt urval mellan partner, desto större betydelse har indirekta effekter på den övergripande utvecklingen i hela nätverket. Andra, i mutualismer som involverar flera partners, de mest specialiserade arterna – de arter som har minst direkt partner – påverkas mer av indirekta effekter än av sina direkta partners.

Dessa två resultat, tillsammans med andra resultat som rapporterats i tidningen, har många implikationer för förståelsen av evolution och samevolution inom nät av interagerande arter. Bland de viktigaste är två slutsatser som kopplar samman evolution, samevolution, och graden av miljöförändringar.

Med långsam miljöförändring, arters indirekta effekter på utvecklingen av andra arter kan hjälpa ömsesidiga interaktioner att bestå under långa tidsperioder. I kontrast, snabb miljöförändring kan bromsa den totala evolutionstakten som drivs av direkta interaktioner inom stora nätverk, vilket gör varje art mer sårbar för utrotning. Med snabba miljöförändringar, sedan, miljöer kan förändras snabbare än arter kan anpassa sig inom stora mutualistiska nätverk.

"De indirekta effekterna tjänar till att buffra systemet under långsam miljöförändring, hålla det stabilt. Med de typer av snabba miljöförändringar vi ser nu, dock, denna buffrande effekt kan faktiskt hindra arter från att anpassa sig tillräckligt snabbt, " sa Thompson.

Problemet med direkta och indirekta effekter inom nätverk är inte unikt för biologi. Hur man studerar indirekta effekter inom webbs har bekymrat forskare inom fysik, teknik, datavetenskap, och andra discipliner. Det modelleringsramverk som utvecklats av författarna är tillämpligt på många typer av nätverk.