Coevolução em redes de interação antagonista: estrutura e dinâmica

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Andreazzi, Cecilia Siliansky de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Coevolução; Coevolution; Complex networks; Ecological interactions; Interações ecológicas; Redes complexas
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/41/41134/tde-14072016-095156/

As pressões seletivas impostas por interações ecológicas são uma das forças que moldam a adaptação por seleção natural em populações. Entre os resultados possíveis das pressões seletivas impostas por interações está a coevolução, isto é, mudanças evolutivas recíprocas que ocorrem nas populações das espécies que interagem. Um dos principais desafios para a ecologia evolutiva é entender se e como o processo coevolutivo ocorre quando espécies interagem com muitas outras espécies formando redes de interações. Nesta tese desenvolvi, com a ajuda de colaboradores, modelos que descrevem a coevolução entre espécies que interagem de forma antagonista. Interações antagonistas são interações ecológicas interespecíficas que resultam em consequências negativas para a aptidão de indivíduos de uma das espécies envolvidas e positivas para indivíduos da outra espécie. Busquei uma melhor compreensão sobre os mecanismos ecológicos e evolutivos responsáveis pela formação, manutenção e evolução das redes de interação antagonista. Em primeiro lugar, encontrei que a assimetria da seleção influenciou a dinâmica evolutiva em antagonismos. A dinâmica coevolutiva gerou corridas armamentistas quando a intensidade da seleção foi maior sobre as vítimas do que sobre os exploradores. Por outro lado, os valores dos fenótipos flutuaram quando a intensidade da seleção foi maior sobre os exploradores do que sobre as vítimas. No entanto, a dinâmica coevolutiva dependeu da estrutura das redes formadas por antagonistas. Redes aninhadas favoreceram a evolução de resistência em vítimas atacadas por exploradores generalistas. A dinâmica evolutiva também reorganizou as redes de interação e, especialmente em cenários nos quais a seleção favoreceu forte acoplamento fenotípico, formou módulos de espécies interagentes. Em segundo lugar, encontrei que regras de interação baseadas no acoplamento fenotípico ou em barreiras fenotípicas reproduziram a estrutura de redes antagonistas empíricas, mas as duas relações funcionais entre fenótipos e aptidão tenderam a subestimar o aninhamento e superestimar a modularidade das redes empíricas. No entanto, a evolução das características foi diferentemente moldada por essas relações funcionais, sendo mais flutuante no modelo de acoplamento fenotípico e mais direcional no modelo de barreiras fenotípicas. Portanto, a coevolução mediada por diferentes relações funcionais resultou em diferentes dinâmicas coevolutivas mas não teve impacto sobre a organização das redes de interação antagonistas. Em terceiro lugar, estudei como variações nas abundâncias e nos fenótipos estão relacionadas e encontrei que a coevolução rápida mediada por forte pressões seletivas impostas por interações ecológicas pode resultar em uma baixa variabilidade nas abundâncias das populações e alta variabilidade fenotípica. Em contraste, em cenários nos quais a seleção imposta por interações é fraca, encontrei uma alta variabilidade nos tamanhos populacionais e baixa variabilidade fenotípica. Portanto, a rápida resposta evolutiva reduziu as flutuações nos tamanhos populacionais, reduzindo extinções devido a flutuações demográficas. Porém, este resultado foi influenciado pela estrutura da rede: a modularidade aumentou a estabilidade das interações enquanto que o aninhamento esteve associado a maior flutuação demográfica. Por fim, estudei espalhamento de um parasita que infecta diferentes espécies de hospedeiros e que pode ser transmitido por meio da predação de um hospedeiro infectado ou por meio de vetores biológicos. Combinei as diferentes redes antagonistas formadas a partir das interações mediadas por cada mecanismo de transmissão em uma rede de interação múltipla espacialmente explícita. Por meio de um modelo matemático, obtive que a transmissão do parasita é maximizada quando ambos os mecanismos de transmissão são considerados ao mesmo tempo e quando os processos ocorrem com probabilidade semelhante. A análise da cartografia da rede múltipla aliada a simulações de imunização de diferentes tipos de hospedeiros mostraram que a estrutura da rede múltipla pode indicar o papel que cada espécie de hospedeiro desempenha na transmissão do parasita em um determinado ecossistema