Interações indiretas podem ter maior peso na evolução de espécies em redes ecológicas

Artigo de pesquisadores do Brasil e de outros países, publicado na Nature, combina teorias evolutiva e de redes para calcular como espécies podem coevoluir em grandes redes de mutualismo

Maria Fernanda Ziegler  |  Agência FAPESP – Desde a teoria da seleção natural de Darwin, no século 19, sabe-se que as interações entre espécies podem gerar respostas capazes de moldar a biodiversidade do planeta.

O exemplo clássico de coevolução por mutualismo envolve um parasito e seu hospedeiro. Quando o primeiro evolui uma nova forma de ataque, o segundo desenvolve outro tipo de defesa e se adapta. Porém, quando se trata de uma rede de interações ampla com centenas de espécies – como plantas polinizadas por muitos insetos – fica mais difícil determinar que efeitos direcionaram a coevolução em toda essa rede.

Nessas redes, espécies que não interagem umas com as outras podem ainda assim influenciar a evolução das espécies por meio de efeitos indiretos. Um exemplo de efeito indireto seria uma mudança evolutiva em uma planta causada por um polinizador que acaba levando a mudanças evolutivas em um outro polinizador.

Uma nova pesquisa conseguiu quantificar, pela primeira vez, o peso das interações indiretas na coevolução. A conclusão é que o impacto pode ser muito maior que o esperado.

No estudo, publicado nesta quarta-feira (18/10) na revista Nature, um grupo de ecólogos e biólogos de cinco instituições – Universidade de São Paulo (USP), Universidade Estadual de Campinas, Universidade da Califórnia, Estação Ecológica de Doñana e Universidade de Zurique – combinou teoria evolutiva e teoria de redes para calcular como espécies podem coevoluir em grandes redes de mutualismo.

Os pesquisadores, apoiados pela FAPESP, desenvolveram um modelo matemático para analisar redes de interação e separar os efeitos das interações diretas e indiretas. As redes estudadas descrevem as interações mutualísticas que ocorrem em um local, como as interações entre abelhas que polinizam as flores ao coletar néctar ou aves que consomem frutos de várias espécies de plantas e dispersam sementes.

O estudo traz também resultados importantes para a adaptação e vulnerabilidade das espécies em situações de mudanças ambientais abruptas.

“Os resultados que obtivemos com essa abordagem sugerem que as relações entre espécies que não interagem diretamente entre si podem ter um peso maior do que o esperado na coevolução das espécies. Surpreendentemente, o impacto indireto é maior nas espécies especialistas, aquelas que interagem apenas com uma ou com poucas espécies diretamente. Para exemplificar, podemos imaginar esse processo como sendo análogo às mudanças comportamentais em pessoas mediadas por redes sociais. Muitas vezes essas mudanças são causadas por pessoas com as quais elas não convivem diretamente, mas conhecem por meio de amigos em comum”, disse Paulo Roberto Guimarães Jr., professor no Instituto de Biociências da USP e autor principal do estudo.

Foram analisadas 75 redes ecológicas que variaram de redes muito pequenas, com cerca de 10 espécies, a estruturas com mais de 300 espécies interagindo entre si. Cada rede ocorre em diferentes locais do planeta, em ambientes terrestres e marinhos. Para coletar os dados, a equipe, formada, além de Guimarães, por Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (universidade de Zurique) e John Thompson (UC-Santa Cruz) contou com a colaboração de pesquisadores que previamente descreveram as interações em cada rede.

Com os dados em mãos, a equipe dividiu seis tipos de mutualismo categorizados em duas grandes classes: mutualismos íntimos, caso das interações entre anêmonas e peixes-palhaço que passam praticamente toda a vida em uma única anêmona, e mutualismos de múltiplos parceiros, como a polinização realizada por abelhas e a dispersão de sementes por vertebrados, que normalmente estabelecem muitas interações com diferentes espécies em um mesmo local.

Os resultados mostraram que espécies que não interagem diretamente podem ser tão importantes quanto espécies que interagem diretamente para moldar a evolução de uma espécie. Porém, o peso das interações diretas e indiretas depende do tipo de mutualismo.

“Quando a relação é muito íntima entre os parceiros de uma mesma rede – como é o caso do peixe-palhaço e da anêmona ou de certas espécies de formigas que vivem dentro de árvores – o que interessa mais são as interações diretas. Isso porque essas redes de interações são mais compartimentadas. Então, não há tantos caminhos para que os efeitos diretos se propaguem. Quando a interação não é tão íntima, os efeitos indiretos podem ter um efeito até maior que os diretos sobre a evolução de uma espécie”, disse Mathias Pires, do Instituto de Biologia da Unicamp, outro autor do estudo.

Em simulação realizada com uma rede de dispersão de sementes ricas em espécies, menos de 30% dos efeitos seletivos na espécie especialista foram dirigidos pelos seus parceiros diretos, enquanto os efeitos de espécies indiretas representaram cerca de 40%.

Questão de tempo

Uma das consequências claras para o impacto das relações indiretas está na maior vulnerabilidade das espécies em situações de mudanças ambientais abruptas. Isso porque quanto mais importantes forem os efeitos indiretos, mais lento pode ser o processo de adaptação às mudanças.

“Uma mudança ambiental que atinge uma espécie pode gerar um efeito em cascata que se propaga para outras espécies que também evoluem em resposta, causando novas pressões seletivas. Os efeitos indiretos podem criar pressões seletivas conflitantes e as espécies podem demorar muito para se adaptar às novas situações, o que pode tornar essas espécies mais vulneráveis à extinção. No fim das contas, as mudanças ambientais podem ocasionar alterações que são mais rápidas do que a capacidade das espécies imersas em uma rede de se adaptarem”, disse Guimarães.

A quantificação dos efeitos indiretos em redes complexas é um desafio não apenas para a Ecologia. Os efeitos indiretos são um componente fundamental de processos que afetam a estrutura genética de populações, o mercado financeiro, relações internacionais e práticas culturais.

“O interessante do uso desse método que desenvolvemos é que ele pode ser aplicado em diversas áreas. A abordagem de redes de interação é transdisciplinar e as ferramentas desenvolvidas para responder perguntas sobre um tema específico em ecologia, por exemplo, podem ser usadas para estudar questões sobre redes sociais ou economia, basta ser criativo”, disse Pires.

O artigo Indirect effects drive coevolution in mutualistic networks (doi:10.1038/nature24273), de Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte e John N. Thompson, pode ser lido na Nature em http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature24273.