Tại sao ngao lại bám chặt với nhau: tự tổ chức không gian ảnh hưởng đến sự tiến hóa của sự hợp tác

Evolutionary Ecology - Tập 31 - Trang 547-558 - 2017
Monique de Jager1,2, Franz J. Weissing3, Johan van de Koppel1,3
1Department of Estuarine and Delta Systems (EDS), Royal Netherlands Institute for Sea Research and Utrecht University (NIOZ-Yerseke), Yerseke, The Netherlands
2Ecology and Biodiversity group, Institute of Environmental Biology, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands
3Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences (GELIFES), University of Groningen, Groningen, The Netherlands

Tóm tắt

Sự hợp tác với các hàng xóm có thể đóng vai trò quan trọng cho sự tồn tại của các quần thể trong môi trường căng thẳng. Tuy nhiên, sự hợp tác thường không ổn định về mặt tiến hóa, vì những cá nhân không hợp tác có thể thu lợi từ sự hợp tác mà không phải gánh chịu chi phí liên quan đến việc hợp tác. Ở đây, chúng tôi chỉ ra rằng việc tập trung tích cực dẫn đến sự hình thành mẫu không gian tự tổ chức có thể thúc đẩy tiến hóa của sự hợp tác. Để đạt được điều này, chúng tôi nghiên cứu tác động của các chiến lược di chuyển đến sự tiến hóa của sự hợp tác trong các giường ngao. Ngao hợp tác bằng cách gắn bó với các hàng xóm thông qua các sợi byssal, từ đó cung cấp sự bảo vệ lẫn nhau. Sử dụng một mô hình dựa trên cá nhân cho việc hình thành giường ngao, chúng tôi đầu tiên chứng minh rằng mẫu không gian và số lượng hàng xóm tương ứng phụ thuộc mạnh mẽ vào các chiến lược di chuyển của ngao. Với một mô hình tiến hóa, chúng tôi sau đó cho thấy rằng điều này có những tác động quan trọng đến sự tiến hóa của sự hợp tác, vì mức độ hợp tác đã tiến hóa (số lượng sợi byssus được sản xuất) phụ thuộc mạnh mẽ vào số lượng hàng xóm và độ khắc nghiệt cũng như tính biến đổi của môi trường. Kết quả của chúng tôi gợi ý rằng sự tập trung không gian, thường thấy trong các hệ sinh thái tự tổ chức, có thể thúc đẩy sự tiến hóa của sự hợp tác.

Từ khóa

#hợp tác #tự tổ chức #ngao #tiến hóa #mô hình cá nhân #bảo vệ lẫn nhau

Tài liệu tham khảo

Aguiar MR, Sala OE (1999) Patch structure, dynamics and implications for the functioning of arid ecosystems. Trends Ecol Evol 14:273–277. doi:10.1016/S0169-5347(99)01612-2 Archetti M, Scheuring I (2011) Coexistence of cooperation and defection in public goods games. Evolution 65:1140–1148. doi:10.1111/j.1558-5646.2010.01185.x Axelrod R, Hamilton W (1981) The evolution of cooperation. Science 211:1390–1396. doi:10.1126/science.7466396 Bertness M, Callaway R (1994) Positive interactions in communities. Trends Ecol Evol 9:191–193. doi:10.1016/0169-5347(94)90088-4 Callaway RM, Walker LR (1997) Competition and facilitation: a synthetic approach to interactions in plant communities. Ecology 78:1958–1965. doi:10.1890/0012-9658(1997)078[1958:CAFASA]2.0.CO;2 de Jager M (2015) Eco-evolutionary feedbacks in self-organized ecosystems. Dissertation, University of Groningen de Jager M, Weissing FJ, Herman PMJ et al (2011) Levy walks evolve through interaction between movement and environmental complexity. Science 332:1551–1553. doi:10.1126/science.1201187 de Jager M, Bartumeus F, Kolzsch A et al (2014) How superdiffusion gets arrested: ecological encounters explain shift from Levy to Brownian movement. Proc R Soc B Biol Sci 281:20132605. doi:10.1098/rspb.2013.2605 Dercole F, Rinaldi S (2008) Analysis of evolutionary processes: the adaptive dynamics approach and its applications. Princeton University Press, Princeton Doebeli M, Hauert C (2005) Models of cooperation based on the Prisoner’s Dilemma and the Snowdrift game. Ecol Lett 8:748–766. doi:10.1111/j.1461-0248.2005.00773.x Eckroat L, Steele L (1993) Comparative morphology of the byssi of Dreissena-polymorpha and Mytilus edulis. Am Malacol Bull 10:103–108 Eppinga MB, de Ruiter PC, Wassen MJ, Rietkerk M (2009) Nutrients and hydrology indicate the driving mechanisms of peatland surface patterning. Am Nat 173:803–818. doi:10.1086/598487 Ferguson CD, Blum MJ, Raymer ML et al (2013) Population structure, multiple paternity, and long-distance transport of spermatozoa in the freshwater mussel Lampsilis cardium (Bivalvia:Unionidae). Freshw Sci 32:267–282. doi:10.1899/12-028.1 Geesteranus RAM (1942) On the formation of banks by Mytilus edulis L. Arch Néerl Zool 6:283–326. doi:10.1163/036551642X00080 Geritz SAH, Kisdi E, Meszena G, Metz JAJ (1998) Evolutionarily singular strategies and the adaptive growth and branching of the evolutionary tree. Evol Ecol 12:35–57 Hamilton WD (1963) The Evolution of altruistic behavior. Am Nat 97:354–356 Hemelrijk CK, Hildenbrandt H (2012) Schools of fish and flocks of birds: their shape and internal structure by self-organization. Interface Focus 2:726–737. doi:10.1098/rsfs.2012.0025 Holmgren M, Scheffer M, Huston MA (1997) The interplay of facilitation and competition in plant communities. Ecology 78:1966–1975. doi:10.1890/0012-9658(1997)078[1966:TIOFAC]2.0.CO;2 Hui C, McGeoch MA (2007) Spatial patterns of prisoner’s dilemma game in metapopulations. Bull Math Biol 69:659–676. doi:10.1007/s11538-006-9145-1 Hunt HL, Scheibling RE (2001) Patch dynamics of mussels on rocky shores: integrating process to understand pattern. Ecology 82:3213–3231. doi:10.1890/0012-9658(2001)082[3213:PDOMOR]2.0.CO;2 Hunt HL, Scheibling RE (2002) Movement and wave dislodgment of mussels on a wave-exposed rocky shore. Veliger 45:273–277 Jeanson R, Rivault C, Deneubourg JL et al (2005) Self-organized aggregation in cockroaches. Anim Behav 69:169–180. doi:10.1016/j.anbehav.204.02.009 Klausmeier CA (1999) Regular and irregular patterns in semiarid vegetation. Science 284:1826–1828. doi:10.1126/science.284.5421.1826 Masuda N (2007) Participation costs dismiss the advantage of heterogeneous networks in evolution of cooperation. Proc R Soc B Biol Sci 274:1815–1821. doi:10.1098/rspb.2007.0294 Mistr S, Bercovici D (2003) A theoretical model of pattern formation in coral reefs. Ecosystems 6:61–74. doi:10.1007/s10021-002-0199-0 Nicastro A, Bishop MJ, Kelaher BP, Benedetti-Cecchi L (2009) Export of non-native gastropod shells to a coastal lagoon: alteration of habitat structure has negligible effects on infauna. J Exp Mar Biol Ecol 374:31–36. doi:10.1016/j.jembe.2009.04.005 Nowak M, May R (1992) Evolutionary games and spatial chaos. Nature 359:826–829. doi:10.1038/359826a0 Ohtsuki H, Hauert C, Lieberman E, Nowak MA (2006) A simple rule for the evolution of cooperation on graphs and social networks. Nature 441:502–505. doi:10.1038/nature04605 Pfeiffer T, Bonhoeffer S (2003) An evolutionary scenario for the transition to undifferentiated multicellularity. Proc Natl Acad Sci USA 100:1095–1098. doi:10.1073/pnas.0335420100 Rainey PB, Rainey K (2003) Evolution of cooperation and conflict in experimental bacterial populations. Nature 425:72. doi:10.1038/nature01906 Ratcliff WC, Denison RF, Borrello M, Travisano M (2012) Experimental evolution of multicellularity. Proc Natl Acad Sci USA 109:1595–1600. doi:10.1073/pnas.1115323109 Rietkerk M, Van de Koppel J (2008) Regular pattern formation in real ecosystems. Trends Ecol Evol 23:169–175. doi:10.1016/j.tree.2007.10.013 Rietkerk M, Dekker SC, de Ruiter PC, van de Koppel J (2004a) Self-organized patchiness and catastrophic shifts in ecosystems. Science 305:1926–1929. doi:10.1126/science.1101867 Rietkerk M, Dekker SC, Wassen MJ et al (2004b) A putative mechanism for bog patterning. Am Nat 163:699–708. doi:10.1086/383065 Santos FC, Pacheco JM (2005) Scale-free networks provide a unifying framework for the emergence of cooperation. Phys Rev Lett 95:98104. doi:10.1103/PhysRevLett.95.098104 Santos FC, Pacheco JM, Lenaerts T (2006) Cooperation prevails when individuals adjust their social ties. PLoS Comput Biol 2:1284–1291. doi:10.1371/journal.pcbi.0020140 Schlesinger WH, Raikes JA, Hartley AE, Cross AE (1996) On the spatial pattern of soil nutrients in desert ecosystems. Ecology 77:364–374. doi:10.2307/2265615 Stachowicz JJ (2001) Mutualism, facilitation, and the structure of ecological communities. Bioscience 51:235–246. doi:10.1641/0006-3568(2001)051[0235:MFATSO]2.0.CO;2 Theraulaz G, Gautrais J, Camazine S, Deneubourg JL (2003) The formation of spatial patterns in social insects: from simple behaviours to complex structures. Philos Trans R Soc Lond Ser Math Phys Eng Sci 361:1263–1282. doi:10.1098/rsta.2003.1198 Vainstein MH, Arenzon JJ (2001) Disordered environments in spatial games. Phys Rev E 64:51905. doi:10.1103/PhysRevE.64.051905 van de Koppel J, Crain CM (2006) scale-dependent inhibition drives regular tussock spacing in a freshwater marsh. Am Nat 168:E136–E147 van de Koppel J, Rietkerk M, Dankers N, Herman PMJ (2005) Scale-dependent feedback and regular spatial patterns in young mussel beds. Am Nat 165:E66–E77 van de Koppel J, Gascoigne JC, Theraulaz G et al (2008) Experimental evidence for spatial self-organization and its emergent effects in mussel bed ecosystems. Science 322:739–742. doi:10.1126/science.1163952 Van Dyken JD, Wade MJ (2012) Detecting the molecular signature of social conflict: theory and a test with Bacterial Quorum Sensing Genes. Am Nat 179:436–450. doi:10.1086/664609 West SA, Pen I, Griffin AS (2002) Cooperation and competition between relatives. Science 296:72–75 West SA, Griffin AS, Gardner A (2007) Social semantics: altruism, cooperation, mutualism, strong reciprocity and group selection. J Evol Biol 20:415–432. doi:10.1111/j.1420-9101.2006.01258.x Zhang F, Hui C, Han XZ, Li ZZ (2005) Evolution of cooperation in patchy habitat under patch decay and isolation. Ecol Res 20:461–469. doi:10.1007/s11284-005-0072-7
Thông tin
Thông tin xuất bản

Evolutionary Ecology

Tập 31

547-558

Thông tin tác giả