Interacciones indirectas pueden tener un peso mayor en la evolución de las especies

En un artículo de científicos de Brasil y otros países publicado en Nature, se combinan la teoría evolutiva y la de redes para calcular de qué manera pueden coevolucionar especies en grandes redes de mutualismo

Por Maria Fernanda Ziegler  |  Agência FAPESP – Desde la teoría de la selección natural de Darwin, en el siglo XIX, se sabe que las interacciones entre especies pueden generar respuestas capaces de moldear la biodiversidad del planeta.

El ejemplo clásico de coevolución por mutualismo involucra a un parásito y a su huésped. Cuando el primero evoluciona en una nueva forma de ataque, el segundo desarrolla otro tipo de defensa y se adapta. Pero cuando se trata de una red de interacciones amplia, con centenas de especies –tales como las plantas polinizadas por muchos insectos– se hace más difícil determinar qué efectos orientaron la coevolución en toda la red.

En dichas redes, las especies que no interactúan unas con otras pueden de todos modos influir en la evolución de otras especies, mediante efectos indirectos. Un ejemplo de efecto indirecto sería un cambio evolutivo de una planta causado por un polinizador que termina derivando en cambios evolutivos en otro polinizador.

En una nueva investigación se ha logrado cuantificar por primera vez el peso de las interacciones indirectas en la coevolución. La conclusión indica que el impacto puede ser mucho mayor que el esperado.

En dicho estudio, publicado en octubre en la revista Nature, un grupo de ecólogos y biólogos de cinco instituciones –Universidad de São Paulo (USP) y Universidad de Campinas (Brasil), Universidad de California (EE.UU.), Estación Ecológica de Doñana (España) y Universidad de Zúrich (Suiza)– combinó la teoría evolutiva y la teoría de redes para calcular de qué manera las especies pueden coevolucionar en grandes redes de mutualismo.

Los investigadores, apoyados por la FAPESP, desarrollaron un modelo matemático con el objetivo de analizar redes de interacción y separar los efectos de las interacciones directas e indirectas. Las redes estudiadas describen las interacciones mutualistas que ocurren en ciertos casos: las interacciones entre abejas que polinizan las flores al recolectar néctar o las aves que consumen frutos de diversas especies de plantas y dispersan sus semillas.

El estudio contiene también resultados importantes para la adaptación y referentes a la vulnerabilidad de las especies en situaciones de cambios ambientales abruptos.

“Los resultados que obtuvimos mediante este abordaje sugieren que las relaciones entre especies que no interactúan directamente entre sí pueden tener un peso mayor que el esperado en la coevolución de las especies. Sorprendentemente, el impacto indirecto es mayor en las especies especialistas, aquéllas que interactúan únicamente con una o con pocas especies en forma directa. Para ejemplificar: podemos imaginar este proceso como análogo a los cambios conductuales en personas mediadas por redes sociales. Muchas veces esos cambios son provocados por personas con las cuales éstas no conviven directamente, pero que conocen a través de amigos en común”, dijo Paulo Roberto Guimarães Jr., autor principal del estudio y docente del Instituto de Biociencias de la USP, en São Paulo, Brasil.

Se analizaron 75 redes ecológicas que variaron de redes muy pequeñas, con alrededor de 10 especies, a estructuras con más de 300 especies interactuando entre sí. Cada red existe en distintos lugares del planeta, en ambientes terrestres y marinos. Para recolectar los datos, el equipo, conformado por Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (Integrative Ecology Group – IEG), Jordi Bascompte (Universidad de Zúrich) y John Thompson (UC-Santa Cruz), además de Guimarães, contó con la colaboración de investigadores que previamente describieron las interacciones en cada red.

Con los datos en manos, el equipo determinó seis tipos de mutualismo categorizados en dos grandes clases: mutualismos íntimos, que es el caso de las interacciones entre anémonas y peces payasos que pasan prácticamente toda la vida en una misma anémona, y mutualismos de múltiples socios, como la polinización que realizan las abejas y la dispersión de semillas a cargo de vertebrados, que normalmente establecen muchas interacciones con distintas especies en un mismo lugar.

Los resultados mostraron que especies que no interactúan directamente pueden ser tan importantes como las especies que interactúan directamente para moldear la evolución de una especie. Pero el peso de las interacciones directas e indirectas depende del tipo de mutualismo.

“Cuando la relación es muy íntima entre los socios de una misma red –tal como es el caso del pez payaso y de la anémona o de ciertas especies de hormigas que viven dentro de árboles– lo que más interesa son las interacciones directas. Sucede que esas redes de interacciones son más compartimentadas. Por eso no hay tantos caminos para que los efectos directos se propaguen. Cuando la interacción no es tan íntima, los efectos indirectos pueden tener un efecto incluso mayor que los directos sobre la evolución de una especie”, dijo Mathias Pires, del Instituto de Biología de la Unicamp, otro autor del estudio.

En una simulación realizada con una red de dispersión de semillas ricas en especies, menos del 30% de los efectos selectivos en la especie especialista fueron dirigidos por sus socios directos, en tanto que los efectos de las especies indirectas representaron alrededor de un 40%.

Una cuestión de tiempo

Una de las consecuencias claras del impacto de las relaciones indirectas reside en la mayor vulnerabilidad de las especies en situaciones de cambios ambientales abruptos. Sucede que cuanto más importantes son los efectos indirectos, más lento puede ser el proceso de adaptación a dichos cambios.

“Un cambio ambiental que afecta a una especie puede generar un efecto en cascada que se propaga a otras especies que también evolucionan en respuesta a ello, causando nuevas presiones selectivas. Los efectos indirectos pueden generar presiones selectivas en conflicto y las especies pueden tardar mucho para adaptarse a las nuevas situaciones, lo que puede volver a esas especies más vulnerables a la extinción. Al cabo, los cambios ambientales pueden ocasionar alteraciones que son más rápidas que la capacidad de las especies inmersas en una red para adaptarse”, dijo Guimarães.

La cuantificación de los efectos indirectos en las redes complejas constituye un desafío no sólo para la Ecología. Los efectos indirectos conforman un componente fundamental de procesos que afectan a la estructura genética de las poblaciones, al mercado financiero, a las relaciones internacionales y a las prácticas culturales.

“Lo interesante del uso de este método que desarrollamos es que puede aplicárselo en diversas áreas. El abordaje de redes de interacción es transdisciplinario y las herramientas desarrolladas para responder las preguntas referentes a un tema específico en ecología, por ejemplo, pueden utilizarse para estudiar asuntos referentes a redes sociales o economía: basta con ser creativo”, dijo Pires.

Puede leerse el artículo intitulado Indirect effects drive coevolution in mutualistic networks (doi:10.1038/nature24273), de Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte y John N. Thompson, en Nature, en el siguiente enlace: nature.com/articles/doi:10.1038/nature24273.