Specjacja ekologiczna - modelowanie oparte na średniej wielkości organizmu to nie wszystko
Różnorodność biologiczna to zjawisko, na które wpływa wiele czynników i procesów. Jednym z nich jest specjacja ekologiczna, czyli pojawienie się pojedynczych lub licznych nowych gatunków w wyniku zróżnicowanych zmian ewolucyjnych dotyczących zbiorowisk gatunków żyjących w różnych środowiskach. Interakcje ekologiczne, czyli oddziaływania występujące między gatunkami, zmieniają się w znaczącym stopniu w zależności od etapu cyklu życia poszczególnych organizmów. Zagadnienie to było jednak dotychczas pomijane w większości badań. Badacze skupieni wokół projektu EcoEvoDevoNetwork, który został zrealizowany dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”, opracowali nową metodę modelowania, która pozwoliła na uwzględnienie interakcji organizmów ze swoim środowiskiem i innymi organizmami na różnych etapach życia po raz pierwszy w historii nauki. Pracując pod okiem Carlosa J. Meliána, badacza Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Badań i Technologii Morskich, Catalina Chaparro-Pedraza - stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie” badała sposób, w jaki procesy ewolucyjne, ekologiczne i rozwojowe zmieniają sieci organizmów wchodzących w różne interakcje oraz w jaki sposób procesy te wpływają na odpowiedzi na zmiany zachodzące w środowisku.
Rozmiar ma znaczenie - wpływ stadium rozwoju na specjację ekologiczną
W całym cyklu życia organizmu można zaobserwować zmiany sposobów, w jakie oddziałuje na swoje środowisko. Za przykład mogą posłużyć rezultaty spotkań między konkurującymi ze sobą organizmami lub zetknięcia ofiary i drapieżnika, które w dużym stopniu zależą od stadium rozwoju obu organizmów. To zjawisko może w kolei wpływać na sposób doświadczania środowiska. Jak wyjaśnia Melián: „Większości organizmów dotyczą zmiany w zakresie ryzyka śmiertelności i możliwości zdobywania pożywienia - można powiedzieć, że niemal wszystkie organizmy doświadczają ich przez całe życia. Wzrost wielkości ciała jest najważniejszym ekologicznym aspektem rozwoju organizmu, ponieważ to właśnie ten parametr wpływa w największym zakresie na odżywianie, rozwój i rozmnażanie”. To właśnie z tego powodu badaczka wykorzystała wielkość ciała jako kluczowy wskaźnik stadium rozwoju na potrzeby badań realizowanych w ramach projektu EcoEvoDevoNetwork, aby analizować, w jaki sposób zmiany ekologiczne doświadczane przez organizmy w trakcie życia wpływają na proces specjacji.
Nowe ramy modelowania ukazują różnorodność stadiów rozwoju
W całym królestwie zwierząt można dostrzec prawidłowość, według której dorosłe osobniki mają większe szanse na przeżycie niż młode osobniki tego samego gatunku. Mniejsze lub młodsze osobniki są generalnie bardziej narażone na ataki drapieżników, głód i ekstremalne warunki środowiskowe niż ich dojrzalsi towarzysze. Dzięki nowatorskiej metodzie modelowania opracowanej w ramach projektu EcoEvoDevoNetwork, która obejmowała procesy rozwojowe, procesy ewolucyjne, a także zagadnienia ekologiczne, Chaparro-Pedraza umożliwiła określenie powiązań między opublikowanymi dotychczas wynikami badań i procesem specjacji. W ramach prac związanych z projektem EcoEvoDevoNetwork badaczka wykazała, że powszechnie występujące różnice w śmiertelności młodych i dojrzałych osobników mogą sprzyjać powstawaniu nowych gatunków.
Równanie Lotki-Volterry i inne modele
„W ramach dotychczasowych badań ekolodzy wykorzystywali podejścia zakładające stosowanie pojedynczych wartości w celu opisywania poszczególnych gatunków, na przykład ich liczebności. Przykładem jest klasyczny model Lotki-Volterry, który stanowi podstawę większości teorii ekologicznych. Każdy gatunek charakteryzuje się jednak wysokim poziomem zróżnicowania, a większość z nich wynika z różnic w stadiach rozwojowych. Rezultaty badań wskazują, że nie możemy upraszczać modeli i sprowadzać całych gatunków do pojedynczych wartości”, zauważa Chaparro-Pedraza. W ramach projektu EcoEvoDevoNetwork badaczka wykazała, że zróżnicowanie organizmów na etapie rozwoju może znacząco wpływać na rezultaty podstawowych procesów związanych z różnorodnością biologiczną, w tym na proces specjacji. Uwzględnienie stadium rozwojowego w przyszłych modelach powinno umożliwić dokonanie nowych odkryć dotyczących oddziaływań ekologicznych, różnorodności biologicznej oraz procesów ewolucyjnych.
Słowa kluczowe
EcoEvoDevoNetwork, rozwój, stadium rozwojowe, specjacja, różnorodność biologiczna, modelowanie, ewolucja, interakcje ekologiczne, model Lotki-Volterry, specjacja ekologiczna, teoria ekologiczna
