&bala; Física 18, 142
A evolução biológica pode ser conduzida indefinidamente pelas interações ecológicas de muitas espécies diversas.
Uma maneira simples de imaginar a evolução biológica é imaginar uma paisagem onde cada ponto na superfície representa uma combinação diferente de características que um organismo poderia ter. Quanto maior o ponto, maior a aptidão do organismo – sua capacidade de sobreviver e reproduzir. Ao longo de muitas gerações, as populações atravessam esse cenário de health, ascendem picos e, em teoria, ficam descansando. Mas as evidências do registro fóssil e dos estudos de laboratório da evolução microbiana sugerem que a evolução não se acalma; Em vez disso, continua sem sinais de parar (1). A explicação típica para essa evolução aparentemente interminável é a chamada hipótese da rainha vermelha, na qual um ambiente em mudança constantemente remodela a paisagem de health (2). Especificamente, uma vez que um organismo é bem adaptado, torna -se um alvo principal para os parasitas, forçando -o a reaga em uma corrida armamentista evolutiva (3). Mas qualquer outra coisa senão a evolução do combustível de guerra hospedeiro -parasita para sempre? Agora, Aditya Mahadevan e Daniel Fisher, na Universidade de Stanford, mostraram que as interações ecológicas entre dezenas de espécies também podem criar o ambiente em constante mudança necessário para impulsionar a evolução indefinidamente (4).
Os ecologistas passaram décadas estudando como as interações entre espécies moldam ecossistemas altamente diversos (Fig. 1), mas eles ignoraram amplamente a evolução. Sua justificativa parecia razoável: enquanto a ecologia opera rapidamente, a evolução é lenta. No entanto, por um tempo suficiente, a evolução é inevitável (5). Além disso, em comunidades microbianas, altas taxas de mutação e grandes tamanhos populacionais possibilitam a evolução da comunidade em ação. Qualquer teoria que descreve os ecossistemas microbianos deve, portanto, explicar a evolução.
No entanto, quase todas as tentativas de modelar comunidades ecológicas em evolução tiveram o mesmo problema: um organismo, apelidado de um monstro darwiniano, evolui para ser bom em tudo, matando a diversidade e colapsando a comunidade (6). Os teóricos contornaram esse resultado impondo trocas metabólicas, declarando essencialmente que nenhuma espécie poderia se destacar em tudo (7). Mas essa abordagem parecia trapaça porque as trocas nos modelos precisavam ser irracionais de maneira irracional. Além disso, para a conveniência matemática, os modelos anteriores assumiram que as interações ecológicas entre as espécies eram recíprocas: as espécies A afetam as espécies B da mesma maneira que B afeta A. No entanto, quando as interações são recíprocas, a evolução da comunidade acaba parecida com o cenário de aptidão fixo. A evolução é rápida no início, mas eventualmente diminui a velocidade e para em vez de continuar sem parar.
Mahadevan e Fisher resolveram esse quebra -cabeça, concentrando -se em um aspecto previamente negligenciado, mas onipresente das interações ecológicas: não -reciprocidade. Esse recurso ocorre quando a maneira como as espécies A afeta a espécie B difere da maneira como B afeta a – por exemplo, quando duas espécies competem pelo mesmo nutriente, mas a competição prejudica uma espécie mais que a outra. Em seu trabalho teórico, os pesquisadores descobriram que as interações não recíprocas fazem com que comunidades altamente diversas se estabeleçam em uma fase da Rainha Vermelha, na qual a evolução continua aparentemente para sempre sem desacelerar. Nesta fase, novos mutantes surgem, estabelecem -se na comunidade e levam outras espécies à extinção. Toda a comunidade continua mudando continuamente, mas a diversidade se estabiliza em vez de se perder. A constatação de que a não recíria pode gerar fenômenos evolutivos distintos ressoa com outras descobertas na física nos últimos anos. Em explicit, os cientistas mostraram que as interações não recíprocas podem induzir efeitos exóticos em sistemas que variam de metamateriais mecânicos a redes neurais (8Assim, 9).
A razão pela qual essas interações ecológicas facilitam a evolução sem fim é que os organismos não experimentam apenas um ambiente externo fixo – eles a remodelam ativamente. Por exemplo, quando as zebras pastam gramíneas, elas esgotam recursos e transformam o meio ambiente para todos os outros herbívoros. Tais modificações ambientais coletivas impulsionam a maioria das interações ecológicas. Eles transformam todos os ecossistemas em um sistema dinâmico em que as ações de uma espécie se movem por toda a comunidade, afetando essa espécie em si. Esse ambiente dinâmico, moldado por uma comunidade de organismos, é a base de como a evolução pode prosseguir para sempre.
Mahadevan e Fisher também contribuem para uma questão de longa knowledge em ecologia e evolução: as comunidades reunidas de muitas espécies preexistentes (por exemplo, aquelas que estão sendo repovoadas no microbioma intestinal após tratamento antibiótico) parecem diferentes daqueles que evoluem gradualmente de algumas espécies? A maioria dos cientistas assumiu que a resposta period não. Afinal, a evolução aumenta a diversidade de espécies, portanto as duas abordagens devem produzir ecossistemas semelhantes. Os pesquisadores mostram que essa suposição é falsa: importa se a diversidade vem de baixo para cima, como na evolução, ou de cima para baixo, como na assembléia ecológica. Comparados com as comunidades evoluídas, as reunidas têm distribuições de abundância de espécies muito diferentes – representações de quão comum ou raro cada espécie é. Esse achado não é apenas significativo, mas testável, porque os ecologistas podem medir essas distribuições.
O novo trabalho fornece a base para uma teoria eco-evolução geral de diversas comunidades-uma que não requer trade-offs artificiais para manter a diversidade. Os teóricos perseguem esse objetivo há décadas, e Mahadevan e Fisher agora deram os primeiros passos. Mas as principais questões permanecem. Notavelmente, os pesquisadores assumiram que os mutantes têm pouca semelhança com seus pais – uma estipulação matematicamente conveniente, mas biologicamente irracional. O que acontece quando os mutantes realmente se assemelham aos pais, como acontecem na natureza? As comunidades evoluídas se tornarão mais diversas à medida que os mutantes criam novos nichos ecológicos quando se deparam com o aumento da concorrência? Ou essas comunidades se tornarão menos diversas à medida que mutantes superem diretamente seus pais?
Por fim, ao explicar como a diversidade pode permitir a evolução sem fim, este trabalho questiona a idéia do próprio cenário de health, que tem sido central para o pensamento evolutivo. O estudo sugere que toda vez que uma espécie se torna melhor adaptada ao seu ambiente, muda o ambiente para outras pessoas da comunidade. Além disso, as ações dos outros afetam como essa espécie experimenta o meio ambiente em primeiro lugar. Dessa maneira, as espécies não estão subindo uma paisagem fixa de health, mas algo semelhante a uma paisagem de neve ondulante (Fig. 2). Cada passo que eles tomam deformas o cenário de health como se estivessem andando na neve, e com o tempo não há pico claro para o qual eles estão indo. A evolução é, portanto, uma exploração sem fim em uma paisagem adaptativa em constante mudança.
Referências
- Bh bom et al.“A dinâmica da evolução molecular em mais de 60.000 gerações”. Natureza 55145 (2017).
- L. Van Valen, “A Rainha Vermelha”. Sou. Nat. 111809 (1977).
- Tenente Morran et al.“Correndo com a rainha vermelha: coevolução de parasita hospedeira seleciona para sexo biparental”. Ciência 333216 (2011).
- A. Mahadevan e DS Fisher, “Evolução contínua em modelos ecológicos não recíprocos”. Vida prx 3033008 (2025).
- R. Lallensack, “Como a evolução da velocidade da urdidura está transformando a ecologia”. Natureza 55419 (2018).
- L. Fant, “A dinâmica eco-evolução leva a comunidades funcionalmente robustas e redundantes”. ARXIV: 10.1101/2021.04.02.438173.
- A. Posfai et al.“As compensações metabólicas promovem a diversidade em um ecossistema modelo”. Phys. Rev. Lett. 118028103 (2017).
- M. Brandenbourger et al.“Metamateriais robóticos não recíprocos”. Nat. Comun. 104608 (2019).
- M. Fruchart et al.“Transições de fase não recíprocas”. Natureza 592363 (2021).
