Toucans, comme ce toucan à bec vert, sont d'importants disperseurs de graines de certains arbres des forêts tropicales, y compris les palmiers. Crédit :John Thompson
Coévolution, qui se produit lorsque les espèces interagissent et s'adaptent les unes aux autres, est souvent étudiée dans le contexte d'interactions par paires entre partenaires symbiotiques mutuellement bénéfiques. Mais de nombreuses espèces ont des interactions mutualistes avec de multiples partenaires, conduisant à des réseaux complexes d'espèces en interaction.
Dans un article publié le 18 octobre dans la revue La nature , un groupe d'écologistes et de biologistes évolutionnistes de cinq universités a tenté de comprendre comment les espèces coévoluent au sein de vastes réseaux d'espèces mutualistes. L'étude a donné des résultats surprenants sur l'importance relative des effets directs et indirects au sein de ces réseaux.
"Lorsque les interactions par paires sont intégrées dans un réseau d'interactions plus large, que se passe-t-il lorsque les effets se diffusent à travers le réseau ? C'est un problème vraiment difficile à résoudre, et pas seulement en biologie, " a déclaré le coauteur John Thompson, professeur distingué d'écologie et de biologie évolutive à l'UC Santa Cruz.
La puissance des sites Web et des réseaux est familière à l'ère d'Internet. Internet et ses utilisateurs forment des toiles, tout comme les routes et les voitures, entreprises et villes, et les neurones de notre corps. Les millions d'espèces de la Terre forment également des toiles alors que les espèces se nourrissent les unes les autres, se parasiter, rivaliser pour la nourriture, et former des associations mutuellement bénéfiques.
La sélection naturelle favorise les prédateurs qui capturent mieux leurs proies, des proies qui ont de meilleures défenses, et des individus qui rivalisent mieux avec les autres espèces. Parmi les espèces mutualistes, la sélection naturelle favorise, par exemple, les plantes qui attirent mieux les insectes pollinisateurs et les insectes floricoles qui extraient mieux le pollen et le nectar des fleurs.
La simple description du schéma complet des connexions au sein de ces sites Web est une tâche ardue. Dans la nouvelle étude, les auteurs ont commencé avec un ensemble de 75 réseaux d'espèces en interaction que d'autres chercheurs avaient précédemment décrites dans un large éventail d'environnements terrestres et marins. Ces toiles comprenaient, par exemple, plantes et pollinisateurs, les plantes et les oiseaux et mammifères frugivores, et des anémones et des poissons anémones.
Les réseaux d'espèces mutualistes s'étendent souvent à mesure que de nouvelles espèces sont introduites. Ici, une femelle colibri d'Anna rend visite à une sauge mexicaine dans un jardin californien. Crédit :John Thompson
Chaque toile avait, à un extrême, espèces qui interagissent avec une seule autre espèce et, à l'autre extrême, espèces qui interagissent avec de nombreuses autres espèces. Lorsqu'il est dessiné comme un réseau, chaque espèce est un nœud et chaque interaction entre espèces est une ligne entre deux nœuds. Chaque lignée est donc une interaction directe entre deux espèces.
En utilisant ces toiles comme point de départ, les auteurs ont développé un modèle mathématique qui leur a permis d'explorer pour la première fois comment la coévolution pourrait façonner les traits des espèces à travers des réseaux complexes de nombreuses espèces en interaction. Ils voulaient comprendre comment la coévolution façonne les espèces qui interagissent à la fois directement et indirectement. Si deux espèces interagissent et coévoluent l'une avec l'autre, puis leur coévolution, à son tour, pourrait indirectement affecter l'évolution future d'autres espèces au sein de la toile. Les auteurs ont étudié les effets relatifs de la coévolution directe et indirecte sur l'évolution des traits au sein de réseaux de formes différentes.
Leurs analyses ont suggéré deux résultats contre-intuitifs. D'abord, plus l'importance de la sélection coévolutive entre les partenaires est forte, plus l'importance des effets indirects sur l'évolution globale de l'ensemble du réseau est grande. Seconde, dans les mutualismes impliquant plusieurs partenaires, les espèces les plus spécialisées, celles qui ont le moins de partenaires directs, sont plus influencées par les effets indirects que par leurs partenaires directs.
Ces deux résultats, ainsi que d'autres résultats rapportés dans le document, ont de nombreuses implications pour la compréhension de l'évolution et de la coévolution au sein des réseaux d'espèces en interaction. Parmi les plus importantes figurent deux conclusions qui relient l'évolution, coévolution, et le taux de changement environnemental.
Avec le lent changement environnemental, les effets indirects des espèces sur l'évolution d'autres espèces peuvent aider les interactions mutualistes à persister sur de longues périodes de temps. En revanche, un changement environnemental rapide peut ralentir le taux d'évolution global entraîné par des interactions directes au sein de grands réseaux, rendant chaque espèce plus vulnérable à l'extinction. Avec un changement environnemental rapide, alors, les environnements peuvent changer plus rapidement que les espèces ne peuvent s'adapter au sein de grands réseaux mutualistes.
"Les effets indirects servent à tamponner le système en cas de changement environnemental lent, le garder stable. Avec le genre de changements environnementaux rapides que nous observons actuellement, cependant, cet effet tampon peut en fait empêcher les espèces de s'adapter assez rapidement, ", a déclaré Thompson.
Le problème des effets directs et indirects au sein des réseaux n'est pas propre à la biologie. Comment étudier les effets indirects au sein des toiles a troublé les scientifiques en physique, ingénierie, l'informatique, et d'autres disciplines. Le cadre de modélisation développé par les auteurs est applicable à de nombreux types de réseaux.
