Ecological interactions such as predation, competition, and mutualism are important forces that influence species evolution. Coevolution is defined as reciprocal evolutionary change in interacting species. The Geographic Mosaic Theory of Coevolution (GMTC) provides a theoretical framework to explain how collections of populations should coevolve across space. Two fundamental aspects of the GMTC are gene flow among populations and the presence of selection mosaics, which are collections of localities with particular selection regimes. Several studies have explored how phenotypic trait matching between species evolves in pairs or small groups of species. However, ecological interactions frequently form large networks that connect dozens of species present in a given community. In networks of mutualisms, for instance, the organization of interactions may affect ecological and evolutionary processes. A next step in understanding the coevolutionary process is to investigate how aspects of the GMTC affect the evolution of species embedded in interaction networks. In this dissertation, we tried to fill this gap using a mathematical model of coevolution, complex networks tools, and information on empirical mutualistic networks. Our numerical simulations of the coevolutionary model allow us to draw three main conclusions. First, gene flow affects trait patterns generated by coevolution and may favor the emergence of trait matching depending on the selection mosaic. Second, the organization of mutualistic networks influences coevolution, but this effect may vanish when gene flow favors trait matching. Intimate mutualisms, such as protection of host plants by ants, form small and compartmentalized networks that generate higher trait matching than large and nested networks typical of mutualisms among free-living species, such as pollination. Third, habitat fragmentation resulting in the disruption of gene flow should reduce the reciprocal adaptations between interacting species and at the same time promote adaptations to the local abiotic environment. In conclusion, we show that a complex interplay between gene flow, the geographic structure of selection, and the organization of ecological networks shapes the evolution of large groups of species. Our results therefore allow predictions of how environmental impacts such as habitat fragmentation will modify the evolution of species interactions / Interações ecológicas como predação, competição e mutualismo são importantes forças que influenciam a evolução de espécies. Chamamos de coevolução a mudança evolutiva recíproca em espécies que interagem. A Teoria do Mosaico Geográfico da Coevolução (TMGC) fornece um arcabouço teórico para entender como conjuntos de populações coevoluem ao longo do espaço. Dois aspectos fundamentais da TMGC são o fluxo gênico entre populações e a presença de mosaicos de seleção, isto é, conjuntos de locais com regimes de seleção particulares. Diversos estudos exploraram como o acoplamento entre fenótipos de diferentes espécies evolui em pares ou pequenos grupos de espécies. Entretanto, interações ecológicas frequentemente formam grandes redes que conectam dezenas de espécies presentes em uma comunidade. Em redes de mutualismos, por exemplo, a organização das interações pode influenciar processos ecológicos e evolutivos. Um próximo passo para a compreensão do processo coevolutivo consiste em investigar como aspectos da TMGC influenciam a evolução de espécies em redes de interações. Nesta dissertação, tentamos preencher esta lacuna usando um modelo matemático de coevolução, ferramentas de redes complexas e informação sobre redes mutualistas empíricas. Nossas simulações numéricas do modelo coevolutivo apontam para três principais conclusões. Primeiro, o fluxo gênico influencia os padrões fenotípicos gerados por coevolução e pode favorecer a emergência de acoplamento fenotípico entre espécies dependendo do mosaico de seleção. Segundo, a organização de redes mutualistas influencia a coevolução, mas este efeito pode desaparecer quando o fluxo gênico favorece acoplamento fenotípico. Mutualismos íntimos, como proteção de plantas hospedeiras por formigas, formam redes pequenas e compartimentalizadas que geram um maior acoplamento fenotípico do que as redes grandes e aninhadas típicas de mutualismos entre espécies de vida livre, como polinização. Por fim, a fragmentação de habitat, ao extinguir o fluxo gênico, pode reduzir as adaptações recíprocas entre espécies e ao mesmo tempo tornar cada espécie mais adaptada ao seu ambiente abiótico local. Em suma, mostramos que interações complexas entre fluxo gênico, estrutura geográfica da seleção e organização de redes ecológicas moldam a evolução de grandes grupos de espécies. Dessa forma, podemos traçar previsões sobre como impactos ambientais como a fragmentação de habitat irão alterar a evolução de interações ecológicas
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-17102017-154829 |
| Date | 03 August 2017 |
| Creators | Lucas Paoliello de Medeiros |
| Contributors | Paulo Roberto Guimaraes Junior, Rodrigo Cogni, Carolina Reigada Montoya, Gabriel Henrique Marroig Zambonato |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ecologia, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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