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来自巴西和其他国家的研究人员发表在《自然》杂志上的一篇文章结合进化论和网络理论来计算物种如何在大型互惠网络中共同进化

自 19 世纪达尔文的自然选择理论以来，众所周知，物种之间的相互作用可以产生能够塑造地球生物多样性的反应。

共生共生的经典例子涉及寄生虫及其宿主。当第一个进化出一种新的攻击形式时，第二个进化出另一种防御并适应。然而，当涉及与数百种物种（例如由许多昆虫授粉的植物）的广泛相互作用网络时，更难以确定是什么影响推动了该网络的共同进化。

在这些网络中，彼此不相互作用的物种仍然可以通过间接效应影响物种的进化。间接影响的一个例子是由一种传粉媒介引起的植物进化变化，最终导致另一种传粉媒介发生进化变化。

新研究首次成功量化了协同进化中间接相互作用的权重。结论是，影响可能比预期的要大得多。

在这项研究中，发表在今年 10 月 18 日的期刊上 自然，来自圣保罗大学 (USP)、坎皮纳斯州立大学、加利福尼亚大学、多纳纳生态站和苏黎世大学这五个机构的一组生态学家和生物学家将进化理论和网络理论结合起来计算物种如何共同进化在大型互惠网络中。

在圣保罗州研究支持基金会 (Fapesp) 的支持下，研究人员开发了一个数学模型来分析交互网络并分离直接和间接交互的影响。所研究的网络描述了发生在某个位置的互惠互作，例如通过收集花蜜为花朵授粉的蜜蜂或食用各种植物物种的果实并散布种子的鸟类之间的相互作用。

该研究还为物种在环境突变情况下的适应和脆弱性带来了重要结果。

“我们用这种方法获得的结果表明，在物种共同进化中，彼此不直接相互作用的物种之间的关系可能具有比预期更大的权重。令人惊讶的是，对专业物种的间接影响更大，那些只与一个或几个物种直接相互作用的物种。例如，我们可以将这个过程想象为类似于社交网络介导的人们的行为变化。 USP 生物科学研究所教授、该研究的主要作者小保罗·罗伯托·吉马良斯 (Paulo Roberto Guimarães Jr.) 说，这些变化通常是由他们不直接住在一起的人造成的，而是通过共同的朋友认识的。

分析了 75 个生态网络，从非常小的网络（约 10 个物种）到 300 多个物种相互作用的结构。每个网络都发生在地球上的不同地方，陆地和海洋环境中。为了收集数据，除吉马良斯外，由 Mathias Pires（Unicamp）、Pedro Jordano（IEG）、Jordi Bascompte（苏黎世大学）和 John Thompson（加州大学圣克鲁斯分校）组成的团队与研究人员合作，他们之前描述了每个网络中的交互。

有了手头的数据，该团队将六种互惠共生分为两大类：亲密互惠互利，海葵和小丑鱼之间的相互作用，几乎一生都生活在一个海葵​​中，以及多个伙伴的互惠互利，例如授粉由蜜蜂进行，由脊椎动物传播种子，通常在同一地方与不同物种建立许多相互作用。

结果表明，在塑造物种进化方面，非直接相互作用的物种与直接相互作用的物种一样重要。然而，直接和间接相互作用的权重取决于共生的类型。

“当同一网络中的伙伴之间的关系非常密切时——比如小丑鱼和海葵或生活在树内的某些蚂蚁物种——最重要的是直接互动。这是因为这些交互网络更加分割。因此，传播直接效应的方式并不多。当相互作用不那么密切时，间接影响对物种进化的影响可能比直接影响更大，”该研究的另一位作者、Unicamp 生物研究所的 Mathias Pires 说。

在使用物种丰富的种子传播网络进行的模拟中，对专业物种的选择性影响不到 30% 是由其直接伙伴驱动的，而间接物种的影响约占 40%。

时间的问题

间接关系影响的明显后果之一是物种在环境突然变化的情况下更加脆弱。这是因为间接影响越重要，适应变化的过程就越慢。

“影响一个物种的环境变化会产生涟漪效应，这种效应会蔓延到其他物种，而这些物种也会做出反应，从而产生新的选择压力。间接影响会产生相互矛盾的选择压力，物种可能需要很长时间才能适应新情况，这会使这些物种更容易灭绝。归根结底，环境变化导致的变化比沉浸在网络中的物种的适应能力更快，”吉马良斯说。

量化复杂网络中的间接影响不仅对生态学来说是一个挑战。间接影响是影响人口遗传结构、金融市场、国际关系和文化习俗的过程的基本组成部分。

“使用我们开发的这种方法的有趣之处在于它可以应用于多个领域。互动网络方法是跨学科的，例如，为回答有关生态学中特定主题的问题而开发的工具可用于研究有关社交网络或经济学的问题，只要有创意即可。”皮雷斯说。

文章 间接效应驱动共生网络中的协同进化 (doi:10.1038/nature24273)，作者：Paulo R. Guimarães Jr、Mathias M. Pires、Pedro Jordano、Jordi Bascompte 和 John N. Thompson，可以阅读 自然 （点击这里）。