Un nou marc matemàtic revela l'arquitectura de les interaccions biòtiques

• Un equip interdisciplinari amb participació de l'IFISC ha desenvolupat un model que integra múltiples tipus d'interaccions biòtiques en un mateix marc 
• Aquest marc matemàtic és innovador perquè no es limita a les xarxes ecològiques, sinó que pot estendre's a altres sistemes complexos relacionats amb la genètica o l'economia 

Un equip internacional de recerca amb participació del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), organisme dependent del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats (MICIU), ha desenvolupat un marc matemàtic innovador que integra diversos tipus d'interaccions entre espècies diferents de plantes, animals i fongs, que proporciona una visió més profunda i completa de la complexitat dels ecosistemes. El treball, que es publica a la revista Nature Communications, és fruit de la col·laboració de científics de l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC-CSIC-UIB) i l’Institut Mediterrani d’Estudis Avançats (IMEDEA-CSIC-UIB).

Fins ara, la majoria d'estudis sobre la complexitat ecològica s'han centrat en interaccions específiques entre espècies que mesuraven una funció ecològica única com, per exemple, la pol·linització o l’herbivorisme. Aquesta perspectiva ha passat per alt el paper fonamental que exerceixen les espècies quan participen de manera simultània en múltiples funcions ecològiques. Aquest nou enfocament supera aquesta limitació i integra, en un model únic, múltiples tipus d'interaccions entre espècies, fet que permet una anàlisi més exhaustiva dels patrons funcionals i la relació amb la biodiversitat i resiliència de l'ecosistema.

La clau per mantenir l'equilibri dels ecosistemes

L'estudi introdueix un enfocament multicapa, que integra diferents xarxes d'interacció entre espècies, i que proporciona una comprensió més profunda de com la multifuncionalitat impacta en l'ecosistema. Per provar aquest model, es varen analitzar més de 1.500 interaccions entre 691 espècies de plantes, animals i fongs a l'illot de na Redona, a les Illes Balears, una comunitat insular petita que, per la seva simplicitat i aïllament relatius, ofereix un escenari idoni per provar aquest marc metodològic innovador. Aquestes espècies varen participar en sis funcions ecològiques: pol·linització, herbivorisme, dispersió de llavors, descomposició, absorció de nutrients i patogenicitat fúngica.

«Comparar una espècie de planta pol·linitzada per dos animals amb una altra que interactua amb dotzenes de fongs no sempre és senzill. No obstant això, en quantificar la probabilitat d'aquestes interaccions, podem realitzar comparacions més precises entre la pol·linització d'una planta i les seves interaccions saprofítiques. Aquesta capacitat de comparació va ser fonamental per als pròxims passos en la nostra recerca», destaca Sandra Hervías-Parell, investigadora de l’IMEDEA i autora del treball. El nou marc d'aquest estudi permet també no sols identificar les espècies clau a la comunitat sinó les funcions clau que hi fan, apunta Anna Traveset (IMEDEA), també autora del treball.

L'estudi revela que les interaccions no ocorren a l'atzar, sinó que estan organitzades de manera estructurada. A més, es varen identificar tant espècies com funcions clau, com les plantes llenyoses i la descomposició fúngica, que són essencials per mantenir l'equilibri de l'ecosistema. La desaparició d'aquestes espècies podria causar un impacte significatiu en l'extinció d'altres organismes i desencadenar cascades d'extinció d'espècies. «Una idea que sorgeix de la nostra recerca és l'exploració de la dualitat espècie-funció», revela Mar Cuevas-Blanco, investigadora de l’IFISC i autora de l'estudi. «Proposam de considerar les funcions ecològiques no sols com a connectors entre espècies, sinó també com a elements que, per si mateixos, estan subjectes a evolució i extinció», apunta Lucas Lacasa, també científic de l’IFISC i autor del treball.

Aplicacions més enllà de l'ecologia

Aquest marc és innovador perquè no sols es limita a les xarxes ecològiques, sinó que pot estendre's a altres sistemes complexos. Per exemple, es pot aplicar a la genètica per comprendre com els gens interactuen per generar fenotips, o a l'àmbit econòmic, per estudiar com es comercialitzen béns entre països en diferents sectors econòmics.

Aquest enfocament dual, des de les perspectives de les espècies i les funcions, obre noves possibilitats per quantificar la complexitat dels ecosistemes i comprendre més bé la influència de la multifuncionalitat en el funcionament i la biodiversitat.

En recerques futures, es proposa que s’apliqui aquest model a diversos entorns i s’examinin les dinàmiques espacials i temporals. Això permetrà obtenir una visió més integral i profunda dels ecosistemes, proporcionar una guia més efectiva per als esforços de conservació davant factors d'estrès com el canvi climàtic i per mitigar la pèrdua de biodiversitat.

 Foto: Podarcis lilfordi (sargantana balear, endemisme de les Illes Balears) visitant les flors de Lavatera maritima a l'illot de na Redona (Parc Nacional de l'Arxipèlag de Cabrera). Crèdit de la fotografia: Toni Escandell.

Hervías-Parejo, S., Cuevas-Blanco, M., Lacasa, L., Traveset, A., Donoso, I., Heleno, R., Nogales, M., Rodríguez-Echeverría, S., Melián, C.J., & Eguíluz, V.M. On the structure of species-function participation in multilayer ecological networks. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-53001-1.

• CSIC
• El diari de la UIB
• Fora Vila
• Madridmasd