Article de chercheurs du Brésil et d'autres pays, publié dans Nature, combine des théories évolutionnaires et des réseaux pour calculer comment les espèces peuvent coévoluer dans de grands réseaux de mutualisme
Depuis la théorie de la sélection naturelle de Darwin au XIXe siècle, on sait que les interactions entre les espèces peuvent générer des réponses capables de façonner la biodiversité de la planète.
L'exemple classique de coévolution par mutualisme implique un parasite et son hôte. Lorsque le premier fait évoluer une nouvelle forme d'attaque, le second développe un autre type de défense et s'adapte. Cependant, lorsqu'il s'agit d'un vaste réseau d'interactions avec des centaines d'espèces - telles que les plantes pollinisées par de nombreux insectes - il devient plus difficile de déterminer quels effets ont conduit à la coévolution à travers ce réseau.
Dans ces réseaux, les espèces qui n'interagissent pas entre elles peuvent encore influencer l'évolution des espèces par des effets indirects. Un exemple d'effet indirect serait un changement évolutif dans une plante causé par un pollinisateur qui finit par conduire à des changements évolutifs chez un autre pollinisateur.
De nouvelles recherches ont permis de quantifier, pour la première fois, le poids des interactions indirectes dans la coévolution. La conclusion est que l'impact peut être beaucoup plus important que prévu.
Dans l'étude, publiée ce 18 octobre dans la revue Nature , un groupe d'écologistes et de biologistes de cinq institutions - Université de São Paulo (USP), Université d'État de Campinas, Université de Californie, Station écologique de Doñana et Université de Zurich - ont combiné théorie évolutionniste et théorie des réseaux pour calculer comment les espèces peuvent coévoluer dans de grands réseaux de mutualisme.
Les chercheurs, soutenus par la Fondation de soutien à la recherche de l'État de São Paulo (Fapesp), ont développé un modèle mathématique pour analyser les réseaux d'interaction et séparer les effets des interactions directes et indirectes. Les réseaux étudiés décrivent les interactions mutualistes qui se produisent dans un endroit, comme les interactions entre les abeilles qui pollinisent les fleurs lors de la collecte de nectar ou les oiseaux qui consomment les fruits de diverses espèces de plantes et dispersent les graines.
L'étude apporte également des résultats importants pour l'adaptation et la vulnérabilité des espèces dans des situations de changements environnementaux brusques.
«Les résultats que nous avons obtenus avec cette approche suggèrent que les relations entre espèces qui n'interagissent pas directement les unes avec les autres peuvent avoir un poids plus important que prévu dans la coévolution de l'espèce. De manière surprenante, l'impact indirect est plus important sur les espèces spécialisées, celles qui interagissent directement avec une seule ou quelques espèces. Par exemple, on peut imaginer ce processus comme étant analogue à des changements de comportement chez les personnes médiatisés par les réseaux sociaux. Souvent, ces changements sont causés par des personnes avec lesquelles ils ne vivent pas directement, mais connaissent des amis communs », a déclaré Paulo Roberto Guimarães Jr., professeur à l'Institut des biosciences de l'USP et auteur principal de l'étude.
75 réseaux écologiques ont été analysés, allant de très petits réseaux, avec une dizaine d'espèces, à des structures avec plus de 300 espèces interagissant les unes avec les autres. Chaque réseau se produit à différents endroits de la planète, dans des environnements terrestres et marins. Pour collecter les données, l'équipe, formée, en plus de Guimarães, par Mathias Pires (Unicamp), Pedro Jordano (IEG), Jordi Bascompte (Université de Zurich) et John Thompson (UC-Santa Cruz) a compté sur la collaboration de chercheurs qui décrit précédemment les interactions dans chaque réseau.
Avec les données en main, l'équipe a divisé six types de mutualisme en deux grandes classes: les mutualismes intimes, le cas des interactions entre anémones et poissons-clowns qui passent presque toute leur vie dans une seule anémone, et les mutualismes de plusieurs partenaires, tels que la pollinisation effectuée par les abeilles et la dispersion des graines par les vertébrés, qui établissent normalement de nombreuses interactions avec différentes espèces au même endroit.
Les résultats ont montré que les espèces qui n'interagissent pas directement peuvent être aussi importantes que les espèces qui interagissent directement pour façonner l'évolution d'une espèce. Cependant, le poids des interactions directes et indirectes dépend du type de mutualisme.
«Lorsque la relation est très intime entre les partenaires d'un même réseau - comme c'est le cas avec les poissons clowns et les anémones ou certaines espèces de fourmis qui vivent à l'intérieur des arbres - ce qui compte le plus, ce sont les interactions directes. En effet, ces réseaux d'interactions sont plus cloisonnés. Il n'y a donc pas tellement de façons pour que les effets directs se propagent. Lorsque l'interaction n'est pas aussi intime, les effets indirects peuvent avoir un effet encore plus grand que les effets directs sur l'évolution d'une espèce », a déclaré Mathias Pires, de l'Institut de biologie d'Unicamp, un autre auteur de l'étude.
Dans une simulation réalisée avec un réseau de dispersion de semences riches en espèces, moins de 30% des effets sélectifs sur l'espèce spécialisée étaient dirigés par ses partenaires directs, tandis que les effets des espèces indirectes représentaient environ 40%.
Une question de temps
L'une des conséquences évidentes de l'impact des relations indirectes est la plus grande vulnérabilité des espèces dans des situations de changements environnementaux brusques. En effet, plus les effets indirects sont importants, plus le processus d'adaptation aux changements peut être lent.
«Un changement environnemental qui affecte une espèce peut générer un effet de cascade qui se propage à d'autres espèces qui évoluent également en réponse, provoquant de nouvelles pressions sélectives. Les effets indirects peuvent créer des pressions sélectives conflictuelles et les espèces peuvent mettre longtemps à s'adapter à de nouvelles situations, ce qui peut rendre ces espèces plus vulnérables à l'extinction. En fin de compte, les changements environnementaux peuvent provoquer des changements plus rapides que la capacité des espèces immergées dans un réseau à s'adapter », a déclaré Guimarães.
La quantification des effets indirects dans des réseaux complexes est un défi non seulement pour l'écologie. Les effets indirects sont une composante fondamentale des processus qui affectent la structure génétique des populations, le marché financier, les relations internationales et les pratiques culturelles.
«L'intérêt d'utiliser cette méthode que nous avons développée est qu'elle peut être appliquée dans plusieurs domaines. L'approche des réseaux d'interaction est transdisciplinaire et les outils développés pour répondre à des questions sur un thème spécifique de l'écologie, par exemple, peuvent être utilisés pour étudier des questions sur les réseaux sociaux ou l'économie, soyez simplement créatif », a déclaré Pires.
L'article Les effets indirects entraînent la coévolution dans les réseaux mutualistes (doi: 10.1038 / nature24273), de Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte et John N.Thompson, peut être lu dans Nature (cliquez ici).
Source: Agência Fapesp
