Modelling the ecology and evolution of the resource repertoire of consumers
Resumo
Resumo: A evolução do repertório de recursos dos consumidores desempenha um papel relevante em nossa compreensão sobre as populações naturais. Eventos como o surgimento de doenças infecciosas, a diversificação de patógenos e o resgate de populações ameaçadas estão relacionados aos mecanismos subjacentes às interações consumidor-recurso. A maioria dos estudos tem focado sua atenção em como as flutuações ambientais podem mudar o contexto ecológico dessas interações e, como consequência, promover mudanças no repertório de recursos. Por outro lado, fatores como a dinâmica interna das populações, trade-offs de história de vida e flexibilidade comportamental receberam relativamente menos atenção. Aqui, pretendemos abordar esses fatores para entender como eles se relacionam com a evolução de consumidores. Para tanto, exploramos um conjunto de modelos matemáticos que descrevem as interações hospedeiro-patógeno e predador-presa. Esta tese é composta por três capítulos. No primeiro, investigamos como a dinâmica interna de populações polimórficas de patógenos pode explicar pulsos de surtos de doenças em hospedeiros alternativos. No segundo capítulo, exploramos como as taxas de contato heterogêneas entre os hospedeiros se relacionam com a diversificação de patógenos com trade-offs de história de vida. No terceiro capítulo, avaliamos se a flexibilidade comportamental pode estabilizar a evolução da polifagia (generalismo). Nossos principais resultados são: 1) a dinâmica interna dos patógenos pode promover oscilações na composição das cepas. Essas oscilações mudam o repertório de hospedeiros de uma maneira que pode gerar pulsos de transbordamento de patógenos. 2) Por si só, taxas de contato heterogêneas são suficientes para diversificar o ambiente seletivo experimentado por patógenos. Essa diversificação ocorre mesmo quando o microambiente interno de diferentes hospedeiros é idêntico. 3) A dinâmica comportamental produz uma superfície de aptidão dinâmica que aprisiona a população de consumidores dentro de uma região de generalismo. Nossos resultados indicam que, dentro dessas regiões, o consumo generalista pode evoluir mesmo quando os especialistas têm maior aptidão. Discutimos a implicação de nossos resultados para a teoria atual e como eles podem melhorar nossa compreensão sobre ecologia e evolução Abstract: The evolution in the resource repertoire of consumers plays a relevant role in our understanding about natural populations. Events such as the emergence of infectious diseases, pathogen diversification and the rescue of endangered populations are related the mechanisms underlying the consumer-resource interactions. Most studies have focused their attention on how environmental fluctuations can shift the ecological context of these interactions, and, as a consequence, promote changes in the resource repertoire. Conversely, factors such as the internal population dynamics, life-history trade-offs and behavioral flexibility have received relatively less attention. Here, we aim to address these factors to understand how they relate to the evolution of pathogens and predators. To this end, we explore a set of mathematical models describing host-pathogen and predator-prey interactions. This dissertation is composed by three chapters. In the first, we investigated how the internal dynamics of polymorphic populations of pathogens may explain pulses of disease outbreaks in alternative hosts. In the second chapter, we explored how heterogeneous contact rates among hosts relate to the diversification of pathogens with life-history trade-offs. In the third chapter, we aimed to evaluate whether behavioral flexibility can stabilize the evolution of polyphagy (generalism). Our main results are: 1) the internal dynamics of pathogens can promote oscillations in the strain composition. These oscillations shifts the host range of pathogens in a manner that can generate pulses of pathogen spillover. 2) Alone, heterogeneous contact rates are sufficient to diversify the selective milieu experienced by pathogens. This diversification occurs even when the internal micro-environment of different hosts are identical. 3) Behavioral dynamics produces a dynamical fitness surface that traps consumer population within a region of generalism. Our results indicate that, within these regions, generalist consumption may evolve even when specialists have a greater fitness. We discuss the implication of our results to the current theory, and how they may enhance our understanding about ecology and evolution
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