Introdução
Há mais de quatro décadas, ecologistas de campo começaram a quantificar a diversidade de árvores em uma área florestal na ilha de Barro Colorado, no Panamá, uma das extensões de floresta mais intensamente estudadas do planeta. Eles começaram a contar todas as árvores com um tronco mais largo que um centímetro. Eles identificaram as espécies, mediram os troncos e calcularam a biomassa de cada indivíduo. Eles colocaram escadas nas árvores, examinaram mudas e registraram tudo em planilhas extensas.
Ao olharem para os dados acumulados ano após ano, começaram a notar algo estranho neles. Com mais de 300 espécies, a diversidade de árvores na pequena ilha de 15 quilômetros quadrados era impressionante. Mas a distribuição de árvores entre essas espécies também foi fortemente desigual, com a maioria das árvores pertencentes a apenas algumas espécies.
Desde os primeiros estudos, esse padrão altamente desigual e exagerado foi visto repetidamente em ecossistemas ao redor do mundo, particularmente nas florestas tropicais. o ecologista Stephen Hubbell da Universidade da Califórnia, Los Angeles, que fez parte da equipe por trás das pesquisas de Barro Colorado, estima que menos de 2% das espécies de árvores na Amazônia representam metade de todas as árvores individuais, o que significa que 98% das espécies são raros.
Essa alta biodiversidade vai contra as previsões feitas por uma das principais teorias da ecologia, que diz que em um ecossistema estável, cada nicho ou papel deve ser ocupado por uma espécie. teoria de nicho sugere que não há nichos suficientes para permitir que todas as espécies que os ecologistas viram existam de forma estável. A competição por nichos entre espécies semelhantes deveria ter levado as raridades à extinção.
Um novo papel de modelagem ecológica in Natureza by James O'Dwyer e Kenneth Jops da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign explica pelo menos parte dessa discrepância. Eles descobriram que espécies que aparentemente deveriam ser concorrentes diretas podem compartilhar um ecossistema se os detalhes de suas histórias de vida – como quanto tempo vivem e quantos descendentes têm – se alinham da maneira certa. O trabalho deles também ajuda a explicar por que uma das maneiras mais bem-sucedidas de modelar ecologias geralmente chega a resultados precisos, embora encobre quase tudo o que sabemos sobre o funcionamento dos organismos.
Introdução
Em 2001, a biodiversidade paradoxalmente alta na Ilha de Barro Colorado inspirou Hubbell propor o inovador teoria neutra da ecologia. A teoria tradicional da ecologia enfatizou a competição por nichos entre as espécies. Mas Hubbell apontou que as espécies podem não importar muito nessa equação porque, na verdade, os indivíduos também competem por recursos com membros de sua própria espécie. Ele sugeriu que os padrões de diversidade nos ecossistemas podem ser em grande parte produtos de processos aleatórios.
Para uma teoria que lidava com a biodiversidade, a teoria neutra de Hubbell era esparsa. Ele ignorou variações na expectativa de vida, peculiaridades nutricionais e outros detalhes que distinguem uma espécie da outra. Nos modelos baseados na teoria, cada indivíduo em um ecossistema teórico é idêntico. Assim que o relógio começa, o ecossistema evolui estocasticamente, com indivíduos superando a competição e substituindo-se aleatoriamente. A teoria estava completamente em desacordo com as abordagens baseadas em espécies para a ecologia, e provocou um debate acalorado entre os ecologistas porque parecia muito contra-intuitivo.
No entanto, surpreendentemente, à medida que os passeios aleatórios nos modelos neutros progrediam, eles reproduziram as principais características do que Hubbell e seus colegas viram em seus dados da Ilha de Barro Colorado e o que outros viram em outros lugares. Nessa modelagem que quase perversamente não reconhece diferenças, há flashes do mundo real.
Essa tensão entre os modelos e a realidade há muito interessa a O'Dwyer. Por que a teoria neutra parece funcionar tão bem? Haveria uma maneira de trazer informações sobre como as espécies funcionam para obter resultados que possam parecer ainda mais realistas?
Uma das coisas que tornam os modelos neutros atraentes, disse O'Dwyer, é que realmente existem profundas universalidades entre muitos seres vivos. Embora as espécies animais não sejam idênticas, elas são notavelmente semelhantes no nível, digamos, do sistema circulatório. Os mesmos números relativos à fisiologia surgem repetidamente em animais e plantas, refletindo talvez as restrições de sua história evolutiva compartilhada. De acordo com um princípio chamado lei de Kleiber, por exemplo, a taxa metabólica de um animal geralmente aumenta com seu tamanho, escalando como uma lei de potência – a mesma lei de potência, não importa a espécie. (Várias teorias sobre por que a lei de Kleiber é verdadeira foram apresentadas, mas a resposta ainda é debatida.)
Dados esses sinais de ordem subjacente, O'Dwyer se perguntou se alguns detalhes de como os organismos vivem são mais importantes do que outros para determinar o sucesso com que as espécies competirão e sobreviverão ao longo do tempo evolutivo. Considere o metabolismo novamente: se um ecossistema pode ser visto como uma expressão do metabolismo de seus habitantes, então os tamanhos dos organismos são números especiais e significativos. O tamanho de um indivíduo pode ser mais útil para modelar seu destino ao longo do tempo do que qualquer outro detalhe sobre sua dieta ou identidade de espécie.
O'Dwyer se perguntou se um desses fatores cruciais e privilegiados poderia ser capturado pela história de vida, um conceito que combina estatísticas de espécies como número médio de descendentes, tempo até a maturidade sexual e expectativa de vida. Imagine um lote de 50 plantas individuais. Cada um tem seu próprio tempo de vida, seu próprio padrão de reprodução. Depois de três meses, uma planta pode produzir 100 sementes, enquanto outra semelhante produz 88. Talvez 80% de suas sementes germinem, produzindo a próxima geração, que terá sua própria versão desse ciclo. Mesmo dentro de uma espécie, o número de plantas individuais varia, às vezes pouco, às vezes muito, um fenômeno chamado ruído demográfico. Se essa variação for aleatória, à maneira da teoria neutra de Hubbell, que padrões surgirão ao longo de gerações sucessivas?
O'Dwyer sabia que havia encontrado alguém que poderia ajudá-lo a explorar essa questão quando Jops ingressou em seu laboratório como aluno de pós-graduação. Jops havia estudado anteriormente se modelos usando histórias de vida poderiam prever se uma espécie de planta vulnerável sobreviveria ou se estava em extinção. Juntos, eles começaram a elaborar a matemática que descreveria o que acontece quando a história de vida encontra a competição.
No modelo de Jops e O'Dwyer, como nos modelos neutros, a estocasticidade — a influência de fatores aleatórios nas interações determinísticas entre as espécies — é importante. As histórias de vida das espécies, no entanto, podem ampliar ou reduzir os efeitos dessa aleatoriedade. “A história de vida é uma espécie de lente através da qual o ruído demográfico funciona”, disse O'Dwyer.
Quando os pesquisadores permitiram que seu modelo avançasse no tempo, colocando cada indivíduo simulado em seu ritmo, eles descobriram que certas espécies poderiam persistir lado a lado por longos períodos, mesmo que estivessem competindo pelos mesmos recursos. Olhando mais profundamente para os números em busca de uma explicação, Jops e O'Dwyer descobriram que um termo complexo chamado tamanho efetivo da população parecia útil para descrever um tipo de complementaridade que poderia existir entre as espécies. Ele encapsulava o fato de que uma espécie poderia ter alta mortalidade em um ponto de seu ciclo de vida, depois baixa mortalidade em outro, enquanto uma espécie complementar poderia ter baixa mortalidade no primeiro ponto e alta mortalidade no segundo. Quanto mais semelhante fosse esse termo para duas espécies, mais provável era que um casal pudesse viver lado a lado, apesar de competir por espaço e nutrição.
“Eles experimentam ruído demográfico na mesma amplitude”, disse O'Dwyer. “Essa é a chave para eles viverem juntos por muito tempo.”
Introdução
Os pesquisadores se perguntaram se padrões semelhantes prevaleciam no mundo real. Eles desenharam no banco de dados COMPADRE, que contém detalhes sobre milhares de espécies de plantas, fungos e bactérias coletadas de uma variedade de estudos e fontes, e eles se concentraram em plantas perenes que viveram juntas nas mesmas parcelas de pesquisa. Eles descobriram que, como seu modelo havia previsto, as espécies de plantas que viviam juntas tinham histórias de vida semelhantes: pares de espécies que vivem no mesmo ecossistema tendem a ser mais complementares do que pares desenhados aleatoriamente.
As descobertas sugerem maneiras pelas quais as espécies que não estão necessariamente em competição direta podem funcionar bem lado a lado sem invocar nichos distintos, disse Annette Ostling, professor de biologia da Universidade do Texas, Austin. “A parte mais legal é que eles estão destacando que essas ideias … podem se estender a espécies bastante diferentes, mas complementares”, disse ela.
Para William Kunin, professor de ecologia da Universidade de Leeds, na Inglaterra, o artigo sugere uma razão pela qual o mundo natural, apesar de toda a sua complexidade, pode se assemelhar a um modelo neutro: os processos ecológicos podem ter uma maneira de anular uns aos outros, de modo que o que parece como uma variedade infinita pode ter um resultado simples que ele descreveu como “neutralidade emergente”. Hubbell, por sua vez, aprecia a expansão de seu trabalho inicial. “Ele oferece algumas reflexões sobre como generalizar modelos neutros, ajustá-los para incluir um pouco das diferenças entre as espécies, expandindo e contraindo para ver o que acontece com a diversidade em uma comunidade local”, disse ele.
No entanto, essa é apenas uma parte do problema de entender como a biodiversidade surge e por que ela persiste. “Na ecologia, lutamos com a relação entre padrão e processo. Muitos processos diferentes podem produzir o mesmo padrão”, disse Ostling. O'Dwyer espera que, nos próximos anos, mais dados sobre o mundo real possam ajudar os pesquisadores a discernir se o tamanho efetivo da população é consistentemente capaz de explicar a coexistência.
Kunin espera que o artigo inspire outros a continuar trabalhando com ideias da teoria neutra. Em um campo onde as qualidades únicas dos indivíduos, ao invés de suas semelhanças, há muito dominam, a teoria neutra forçou os ecologistas a serem criativos. “Isso nos tirou de nossa rotina mental e nos fez pensar sobre quais coisas realmente importam”, disse ele.
Hubbell, que lançou a teoria neutra sobre ecologia há tantos anos, se pergunta se conjuntos de dados verdadeiramente imensos sobre florestas reais poderiam fornecer o tipo de detalhe necessário para tornar mais clara a relação entre a história da vida e a biodiversidade. “Este é o tipo de construção da teoria neutra que eu esperava que acontecesse”, disse ele sobre o novo artigo. “Mas é apenas um pequeno passo para realmente entender a diversidade.”
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- Fonte: https://www.quantamagazine.org/the-key-to-species-diversity-may-be-in-their-similarities-20230626/
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