ปฏิสัมพันธ์ทางอ้อมอาจมีน้ำหนักมากขึ้นในการวิวัฒนาการของชนิดพันธุ์ในเครือข่ายทางนิเวศวิทยา

บทความโดยนักวิจัยจากบราซิลและประเทศอื่น ๆ ที่ตีพิมพ์ใน Nature ได้รวมทฤษฎีวิวัฒนาการและเครือข่ายเข้าด้วยกันเพื่อคำนวณว่าสปีชีส์สามารถพัฒนาร่วมกันในเครือข่ายขนาดใหญ่ได้อย่างไร

นก

ตั้งแต่ทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติของดาร์วิน ในศตวรรษที่ 19 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างสปีชีส์สามารถสร้างการตอบสนองที่สามารถสร้างความหลากหลายทางชีวภาพของดาวเคราะห์ได้

ตัวอย่างคลาสสิกของการวิวัฒนาการร่วมกันโดย Mutualism เกี่ยวข้องกับปรสิตและโฮสต์ของมัน เมื่ออันแรกพัฒนารูปแบบการโจมตีใหม่ อันที่สองพัฒนาการป้องกันอีกรูปแบบหนึ่งและปรับตัว อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงเครือข่ายอันกว้างขวางของปฏิสัมพันธ์กับสัตว์หลายร้อยชนิด เช่น พืชที่ผสมเกสรโดยแมลงหลายชนิด เป็นการยากที่จะระบุได้ว่าผลกระทบใดที่ผลักดันให้เกิดวิวัฒนาการร่วมกันในเครือข่ายนี้

ในเครือข่ายเหล่านี้ สปีชีส์ที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันยังคงสามารถมีอิทธิพลต่อการวิวัฒนาการของสปีชีส์ผ่านผลกระทบทางอ้อม ตัวอย่างของผลกระทบทางอ้อมคือการเปลี่ยนแปลงเชิงวิวัฒนาการในพืชที่เกิดจากการผสมเกสรตัวหนึ่งซึ่งจบลงด้วยการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการในแมลงผสมเกสรอีกตัวหนึ่ง

งานวิจัยใหม่สามารถหาปริมาณน้ำหนักของปฏิสัมพันธ์ทางอ้อมในการวิวัฒนาการร่วมกันได้เป็นครั้งแรก สรุปได้ว่าผลกระทบอาจมากกว่าที่คาดไว้มาก

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวันที่ 18 ตุลาคมนี้ในวารสาร ธรรมชาติกลุ่มนักนิเวศวิทยาและนักชีววิทยาจากห้าสถาบัน ได้แก่ University of São Paulo (USP), State University of Campinas, University of California, Doñana Ecological Station และ University of Zurich – รวมทฤษฎีวิวัฒนาการและทฤษฎีเครือข่ายเพื่อคำนวณว่าสปีชีส์สามารถวิวัฒนาการร่วมกันได้อย่างไร ในเครือข่ายร่วมกันขนาดใหญ่

นักวิจัยซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก Foundation for Research Support of the State of São Paulo (Fapesp) ได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อวิเคราะห์เครือข่ายปฏิสัมพันธ์และแยกผลกระทบของการโต้ตอบโดยตรงและโดยอ้อม เครือข่ายที่ศึกษาอธิบายปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันที่เกิดขึ้นในสถานที่หนึ่ง เช่น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างผึ้งที่ผสมเกสรดอกไม้ด้วยการเก็บน้ำหวานหรือนกที่กินผลไม้จากพืชหลายชนิดและกระจายเมล็ด

การศึกษายังนำเสนอผลลัพธ์ที่สำคัญสำหรับการปรับตัวและความเปราะบางของชนิดพันธุ์ในสถานการณ์ที่สิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน

“ผลลัพธ์ที่เราได้รับจากแนวทางนี้ชี้ให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างสปีชีส์ที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงอาจมีน้ำหนักมากกว่าที่คาดไว้ในการวิวัฒนาการร่วมกันของสปีชีส์ น่าแปลกที่ผลกระทบทางอ้อมนั้นยิ่งใหญ่กว่าสำหรับชนิดพันธุ์พิเศษ ซึ่งมีผลกระทบโดยตรงกับชนิดพันธุ์เพียงชนิดเดียวเท่านั้นหรือสองสามชนิดโดยตรง ตัวอย่างเช่น เราสามารถจินตนาการว่ากระบวนการนี้คล้ายคลึงกับการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมในผู้คนที่อาศัยเครือข่ายทางสังคมเป็นสื่อกลาง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักเกิดจากคนที่พวกเขาไม่ได้อาศัยอยู่ด้วยโดยตรง แต่รู้จักผ่านเพื่อนที่มีร่วมกัน” Paulo Roberto Guimarães Jr. ศาสตราจารย์แห่งสถาบันชีววิทยาศาสตร์ของ USP และผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว

มีการวิเคราะห์เครือข่ายทางนิเวศวิทยา 75 เครือข่าย ตั้งแต่เครือข่ายขนาดเล็กมากซึ่งมีประมาณ 10 สายพันธุ์ ไปจนถึงโครงสร้างที่มีมากกว่า 300 สายพันธุ์ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน แต่ละเครือข่ายเกิดขึ้นในสถานที่ต่างๆ บนโลก ในสภาพแวดล้อมบนบกและในทะเล ในการเก็บรวบรวมข้อมูล ทีมงานที่จัดตั้งขึ้น นอกเหนือจาก Guimarães โดย Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (University of Zurich) และ John Thompson (UC-Santa Cruz) ได้ร่วมมือกันระหว่างนักวิจัยที่ ก่อนหน้านี้ได้อธิบายการโต้ตอบในแต่ละเครือข่าย

ด้วยข้อมูลในมือ ทีมงานได้แบ่งประเภทของ Mutualism ออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ได้แก่ ความสัมพันธ์แบบใกล้ชิด กรณีของปฏิสัมพันธ์ระหว่างดอกไม้ทะเลและปลาการ์ตูนที่ใช้ชีวิตเกือบทั้งหมดในดอกไม้ทะเลตัวเดียว และการทำงานร่วมกันของคู่หูหลายคู่ เช่น การผสมเกสร ดำเนินการโดยผึ้งและการแพร่กระจายเมล็ดโดยสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งปกติจะสร้างปฏิสัมพันธ์มากมายกับสายพันธุ์ต่างๆ ในที่เดียวกัน

ผลการวิจัยพบว่าสปีชีส์ที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงมีความสำคัญพอๆ กับสปีชีส์ที่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงในการสร้างวิวัฒนาการของสปีชีส์ อย่างไรก็ตาม น้ำหนักของการโต้ตอบโดยตรงและโดยอ้อมนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของการมีปฏิสัมพันธ์ร่วมกัน

“เมื่อความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากระหว่างพันธมิตรในเครือข่ายเดียวกัน เช่นเดียวกับปลาการ์ตูนและดอกไม้ทะเล หรือมดบางชนิดที่อาศัยอยู่ภายในต้นไม้ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือปฏิสัมพันธ์โดยตรง เนื่องจากเครือข่ายปฏิสัมพันธ์เหล่านี้มีการแบ่งส่วนมากขึ้น ดังนั้นจึงมีไม่มากนักที่ผลกระทบโดยตรงจะเผยแพร่ เมื่อปฏิสัมพันธ์ไม่ใกล้เคียงกัน ผลกระทบทางอ้อมอาจมีผลมากกว่าผลกระทบโดยตรงต่อการวิวัฒนาการของสปีชีส์” Mathias Pires จากสถาบันชีววิทยาแห่ง Unicamp ผู้เขียนการศึกษาอีกคนหนึ่งกล่าว

ในการจำลองที่ดำเนินการกับเครือข่ายการกระจายเมล็ดพันธุ์ที่อุดมด้วยสายพันธุ์ ผลการคัดเลือกน้อยกว่า 30% ในสายพันธุ์เฉพาะนั้นถูกขับเคลื่อนโดยพันธมิตรโดยตรง ในขณะที่ผลกระทบของสปีชีส์ทางอ้อมคิดเป็นประมาณ 40%

เรื่องของเวลา

ผลที่ตามมาที่ชัดเจนประการหนึ่งสำหรับผลกระทบของความสัมพันธ์ทางอ้อมคือความเปราะบางที่มากขึ้นของชนิดพันธุ์ในสถานการณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมอย่างกะทันหัน เนื่องจากผลกระทบทางอ้อมมีความสำคัญมาก กระบวนการในการปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงก็จะช้าลง

“การเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อมที่ส่งผลกระทบต่อสปีชีส์หนึ่งสามารถสร้างผลกระทบที่กระจายไปยังสปีชีส์อื่นที่มีวิวัฒนาการในการตอบสนอง ทำให้เกิดแรงกดดันในการคัดเลือกใหม่ ผลกระทบทางอ้อมสามารถสร้างแรงกดดันในการคัดเลือกที่ขัดแย้งกัน และชนิดพันธุ์อาจใช้เวลานานในการปรับตัวให้เข้ากับสถานการณ์ใหม่ ซึ่งจะทำให้สายพันธุ์เหล่านี้เสี่ยงต่อการสูญพันธุ์มากขึ้น ในท้ายที่สุด การเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงได้เร็วกว่าความสามารถของสายพันธุ์ที่แช่อยู่ในเครือข่ายในการปรับตัว” Guimarães กล่าว

การหาปริมาณผลกระทบทางอ้อมในเครือข่ายที่ซับซ้อนไม่เพียงแต่เป็นความท้าทายสำหรับนิเวศวิทยาเท่านั้น ผลกระทบทางอ้อมเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของกระบวนการที่ส่งผลต่อโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากร ตลาดการเงิน ความสัมพันธ์ระหว่างประเทศ และแนวปฏิบัติทางวัฒนธรรม

“สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการใช้วิธีนี้ที่เราพัฒนาขึ้นคือสามารถนำไปใช้ได้หลายด้าน แนวทางเครือข่ายปฏิสัมพันธ์เป็นแบบสหวิทยาการและเครื่องมือที่พัฒนาขึ้นเพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับหัวข้อเฉพาะทางนิเวศวิทยา เช่น สามารถใช้เพื่อศึกษาคำถามเกี่ยวกับเครือข่ายสังคมหรือเศรษฐศาสตร์ เพียงแค่มีความคิดสร้างสรรค์” Pires กล่าว

บทความ ผลกระทบทางอ้อมทำให้เกิดการวิวัฒนาการร่วมกันในเครือข่ายซึ่งกันและกัน (ดอย:10.1038/nature24273) โดย Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte และ John N. Thompson สามารถอ่านได้ใน ธรรมชาติ (คลิกที่นี่).


ที่มา: FAPESP Agency