La coevoluzione all’interno delle reti ecologiche

L’evoluzione non è una partita che ogni specie gioca da sola. I tassi di evoluzione dipendono anche dalle relazioni che si instaurano tra tutti gli organismi appartengono alla stessa rete ecologica

Il termine coevoluzione è usato per descrivere i casi in cui l’evoluzione di due o più specie è fortemente influenzata dalle relazioni ecologiche che si instaurano tra di esse. Queste interazioni includono rapporti di competizione interspecifica o le relazioni che si instaurano tra predatore e preda o tra ospite e parassita (Pikaia ne ha parlato per esempio qui e qui); oppure rapporti mutualistici, in cui entrambe le specie interagenti beneficiano degli effetti della relazione. In base al loro grado di esclusività e al numero di specie coinvolte, una relazione mutualistica è definita intima se coinvolge solo due specie come nel caso dei simbionti (Pikaia ne ha parlato qui); oppure multipla, quando una specie può interagisce con più partner, come accade nel caso del rapporto tra fiori e impollinatori (Pikaia ne ha parlato qui).

Sebbene la coevoluzione sia spesso un processo associato a relazioni esclusive tra coppie di specie, bisogna ricordare che ciascuna specie può stabilire relazioni con molti altri organismi dello stesso ecosistema. Tutte queste interazioni contribuiscono a formare delle reti di decine e centinaia di specie che potenzialmente possono influenzare l’evoluzione di tutte le altre vicendevolmente. Teoricamente, la presenza di relazioni mutualistiche in un ecosistema può favorire la diffusione nella comunità di tratti che non sarebbero stati selezionati dall’ambiente in assenza di quella relazione; di contro, le stesse relazioni potrebbero limitare le opportunità di emergere di altri tratti in altri organismi, condizionando in definitiva la storia evolutiva dell’intera comunità.

Per analizzare queste dinamiche evolutive complesse, un gruppo di ricerca internazionale formato da ecologi e biologi evoluzionisti, ha sviluppato un modello matematico che ha permesso loro di esplorare per la prima volta come la coevoluzione influenza l’evoluzione dei tratti all’interno delle grandi reti di specie collegate da relazioni mutualistiche. I risultati che hanno ottenuto hanno evidenziato effetti sorprendenti e sono stati recentemente pubblicati su Nature.

Gli autori hanno utilizzato un approccio che combinava gli effetti della selezione dell’ambiente con l’utilizzo di reti ecologiche per rappresentare le relazioni mutualistiche tra le specie. Nelle reti ecologiche ogni specie è rappresentata da un nodo e ogni interazione tra specie è una linea tra due nodi. Ogni linea è quindi un’interazione diretta tra due specie.

I ricercatori hanno ricavato i dati di partenza da 75 reti ecologiche mutualistiche già sviluppate in precedenza da altri autori. Ciascuna delle reti analizzate era caratterizzata dall’avere, ad un estremo, specie che interagiscono con solo un’altra specie e, all’altro estremo, specie che interagiscono con molte altre specie. Queste reti inoltre erano rappresentative di ecosistemi di diversi ambienti (marini e terrestri) e includevano sia forme di mutualismo intimo che mutualismo multiplo. Combinando i dati in un modello matematico che teneva conto anche della selezione dell’ambiente, gli autori hanno simulato gli effetti diretti ed indiretti che i diversi tipi di mutualismo hanno sull’evoluzione degli altri elementi della rete.

I risultati hanno mostrato che nelle reti mutualistiche, la maggior parte delle specie interagisce con un piccolo sottoinsieme dei partner disponibili e questo limita le fonti di effetti evolutivi diretti. Maggiore è il peso della selezione coevolutiva tra i partner, maggiore è il peso degli effetti indiretti che questa relazione ha sull’evoluzione globale in tutta la rete.

Sorprendentemente poi, nel caso di mutualismo multiplo, le specie più specializzate risultano più influenzate dagli effetti indiretti che dai loro partner diretti. Inoltre, questi risultati suggeriscono che la coevoluzione nelle reti mutualistiche può essere governata in modo inaspettato in larga misura da specie che non interagiscono direttamente tra loro.

Questi risultati, insieme agli altri riportati nel lavoro, hanno molte implicazioni molto interessanti per la comprensione dell’evoluzione e della coevoluzione di specie che interagiscono tra loro. Tra le più importanti sono due conclusioni che legano l’evoluzione, la coevoluzione e il tasso di cambiamento ambientale. Con un 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. Al contrario, il rapido cambiamento ambientale può rallentare il tasso globale di evoluzione guidato dalle interazioni dirette all’interno di grandi reti, rendendo ogni specie più vulnerabile all’estinzione.

Con un rapido cambiamento ambientale, quindi, gli ambienti possono cambiare più velocemente di quanto le specie possano adattare all’interno di grandi reti mutualistiche.


Riferimenti:
Guimarães et al Indirect effects drive coevolution in mutualistic networks. Nature, 2017; DOI: 10.1038/nature24273

Immagine:  Pesce pagliaccio (Amphiprion frenatus) e anemone licenza di uso pubblico CC BY-SA 3.0 attraverso Wikimedia Commons