Religando a rede da vida: Reconexões de interações e a robustez de redes ecológicas

Postagem fornecida por VINICIUS A. G. BASTAZINI, JEF VIZENTIN-BUGONI and JINELLE H. SPERRY

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Perda de espécies e efeitos em cascata

Scale-throated Hermit (Phaethornis eurynome). ©Pedro Lorenzo.

Rabo-branco-de-garganta-rajada (Phaethornis eurynome). ©Pedro Lorenzo.

Minimizar os efeitos do atual processo de extinção em massa do Antropoceno se tornou um dos principais desafios da nossa era. Os dados sugerem que a taxa atual de perda de espécies é 100-1.000 vezes maior do que as taxas de fundo observadas no registro geológico. “Mas realmente importa se uma espécie é perdida?” Essa questão que permeia os debates sociais e políticos, geralmente para desqualificar os esforços de conservação, também tem intrigado os cientistas da conservação.

Sabemos que as espécies não ocorrem sozinhas em seu ambiente. Elas estão  interligadas por suas interações ecológicas, formando redes complexas. Nessas redes, a perda de uma espécie pode resultar em um efeito dominó, culminando na perda secundária de outras espécies. Esse processo é conhecido como co-extinção. As estimativas da magnitude das taxas de extinção passadas e futuras muitas vezes falharam em explicar a interdependência entre as espécies e as conseqüências da perda primaria de espécies.

Bromélia (Vriesea simplex) polinizada por beija-flores. ©Pedro Lorenzo.

Com o rápido desenvolvimento da Ecologia de Redes, cientistas da conservação começaram a utilizar ferramentas analíticas da ciência da complexidade. Em muitos casos, essas ferramentas são usadas para desenvolver novas análises para avaliar como as co-extinções afetam a dinâmica e a estabilidade de redes ecológicas. Uma dessas ferramentas é a análise da robustez de rede, uma estimativa da tolerância de uma rede à perda de espécies,  usando simulações computacionais. O objetivo final da análise de robustez é entender as taxas de co-extinção e seus impactos na integridade de uma rede de interações entre espécies. Esse tipo de análise tem sido amplamente aplicada a sistemas ecológicos, onde as espécies são altamente dependentes umas das outras, como em redes de parasitas e hospedeiros, dispersão de sementes e de polinização.

Modelos de extinção e robustez

Mas como estimamos a robustez de uma rede ecológica? Vamos começar imaginando uma rede mutualista composta por duas guildas de espécies que interagem, digamos animais polinizadores (como beija-flores) e as plantas que eles polinizam ao visitá-las para se alimentar de néctar. A idéia básica dessas simulações é remover seqüencialmente espécies de uma guilda (neste exemplo, as plantas) e registrar o número de espécies restantes da outra guilda (no exemplo, beija-flores). As espécies podem ser removidas aleatoriamente ou seguindo uma sequência específica, com base no conhecimento ecológico.

Curvas de Ataque e Tolerância o para duas redes ecológicas hipotéticas.

Em seguida, traçamos a Curva de Ataque e Tolerância. Essa curva descreve a fração de espécies de polinizadores sobreviventes em função das espécies de plantas eliminadas. A robustez é então medida de maneira direta como a área sob essa curva, na faixa entre 0 e 1. À medida que as espécies são eliminadas, a curva diminui para 1 no eixo das abscissas (como nenhuma espécie em uma guilda sobrevive porque todas as espécies da outra guilda foram eliminadas). Na prática, redes com baixa robustez se parecerão mais com a Figura 1A abaixo (à esquerda), enquanto uma rede bastante robusta se parecerá com a Figura 1B.

Incorporação de estimativa de reestruturação e robustez da rede

Apesar da importância e do uso frequente desse tipo de simulação, ela é bastante limitada em seu realismo biológico. Em especial, por ignorar a capacidade das espécies de encontrar novos “parceiros” na rede. Um dos pressupostos principais desse tipo de simulação é que uma espécie deve se extinguir após a extinção de todos os parceiros aos quais ela estava conectada no inicio.

Porém, muitas vezes as espécies podem se “reconectar”, o que significa que elas são capazes de reorganizar suas interações com as demais espécies da outra guilda com a qual ela co-ocorre. Esta é uma característica notável de redes ecológicas documentadas em sistemas mutualistas distintos, como redes de dispersão de sementes e de polinização. Até o momento, um dos principais obstáculos na incorporação da reconexão à abordagem de modelagem descrita acima é o grande número de mecanismos biológicos que podem engendrar interações de espécies na natureza.

Mecanismos de religação

Figura 1 do nosso artigo, demonstrando nossa nova bordagem analítica para estimar a robustez de redes ecológicas considerando a reconexão de inetrações.

No nosso artigo intitulado ‘Including rewiring in the estimation of the robustness of mutualistic networks’, incorporamos o potencial das espécies para substituir seus parceiros perdidos na estimativa da robustez de rede ecológicas. Nesse contexto, as espécies podem reconectar suas interações após a perda inicial de seus parceiros. Isso é estimado de acordo com as probabilidades derivadas de mecanismos biológicos conhecidos que determinam os padrões de interações mutualistas, como a sobreposição fenológica de espécies de guildas diferentes, abundância de espécies e o acoplamento fenotípico de espécies de guildas diferentes.

Nossa abordagem (Figura 1 de nosso artigo) também permite a combinação de mecanismos distintos, podendo ser estendida para incorporar outros mecanismos relevantes para outras situações ou sistemas ecológicos.

Para ilustrar a aplicação desse método, analisamos uma rede de polinização planta-beija-flor. Para esse sistema, fornecemos evidências de que a extinção secundária pode ser evitada (ou pelo menos minimizada) reconectando as interações aos parceiros sobreviventes.

Espécies como o Rabo-branco-de-garganta-rajada (Phaethornis eurynome) e a bromélia Vriesea simplex em uma comunidade na Floresta Atlântica, no Brasil, ilustram como atributos morfológicos podem influenciar a reconexão. Essa bromélia possui uma longa corola tubular que restringe o acesso ao néctar apenas para beija-flores de bico longo, como o Rabo-branco-de-garganta-rajada, que é seu único polinizador observado na comunidade estudada. Tais atributos morfológicos podem definir a probabilidade dessa espécie se reconectar à outros parceiros após a perda de seus parceiros “iniciais”. Nesse caso, o bico longo permite que esse beija-flor explore o néctar no fundo de outras espécies de plantas, tornando-o propenso a se reconectar a muitas outras plantas, enquanto a bromélia depende obrigatoriamente de outros beija-flores de bico longo para ser polinizada, tornando-a menos propensa a reconexão com novas espécies de polinizadores. Isso faz com que essa bromélia seja mais suscetível à extinção de seu polinizador.

Rabo-branco-de-garganta-rajada (Phaethornis eurynome) polinizando a bromélia Vriesea simplex em uma comunidade da Mata Atlântica, no Brasil. Os atributos morfológicos dessas duas espécies podem nos informar se poderiam se reconectar a outros parceiros após a perda de seus parceiros “iniciais”. ©Jef Vizentin-Bugoni e Pietro K. Maruyama.

Até onde sabemos, esta é a primeira tentativa explícita de incorporar fatores que determinam a interação de espécies na análise de robustez de redes ecológicas. Apesar de ainda não termos um entendimento completo sobre os mecanismos subjacentes que determinam a reconexão de espécies em redes ecológicas, esperamos que nossa abordagem analítica forneça aos ecólogos uma ferramenta mais realista para estimar a robustez de redes de interação. Nossa abordagem analítica permite que os ecólogos obtenham um descritor de robustez da rede, considerando a reconexão de interações. Isso pode ser usado para comparar a estabilidade de redes ao longo do tempo e entre comunidades ecológicas distintas. Também pode ajudar a identificar os fatores mais importantes do desmantelamento da rede e sua importância hierárquica para robustez.

Esperamos que nossa abordagem analítica possa ajudar os ecólogos a compreender melhor os mecanismos subjacentes da dinâmica das redes ecológicas. Se tu quiseres experimentar nossa abordagem nos teus dados, podes encontrar nosso código aqui.

Para descobrir mais sobre, aceda ao nosso artigo Open Access em Methods in Ecology and Evolution: ‘Including rewiring in the estimation of the robustness of mutualistic networks

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