Modelos de diversificação em interações antagonistas via processos coevolutivos

Abstract

Resumo: Esta tese estuda o papel de processos coevolutivos em interações antagonistas na diversificação das espécies. Interações antagonistas se referem a qualquer interação entre espécies no qual uma espécie é beneficiada em detrimento da outra, podendo se referir a interações parasito-hospedeiro, parasitóide-hospedeiro e herbívoros-planta. É utilizada uma abordagem de simulações computacionais e modelos baseados em indivíduos de modo a servir como "prova de conceito" de hipóteses teóricas a respeito de processos coevolutivos. No capítulo 1, eu faço uma breve introdução a respeito de coevolução, interações antagonistas e o Paradigma de Estocolmo, que serve como referencial teórico para os modelos desenvolvidos nos próximos capítulos. No capítulo 2, eu avalio como interações antagonistas em um par de espécies são influenciados por estratégias de reprodução sexuada e asexuada. Os resultados deste trabalho demonstram que para modelos de fenótipos quantitativos que consideram genomas com múltiplos loci de forma explícita, a estratégia reprodutiva resulta em dinâmicas coevolutivas distintas. Enquanto modelos com reprodução asexuada podem resultar em bifurcações evolutivas ou extinção do consumidor, modelos de reprodução sexuada resultam em oscilações e interações persistentes. No capítulo 3, eu estudo como a interação com diferentes recursos afetam a evolução do tamanho do repertório de hospedeiro e a riqueza de espécies em um modelo espacialmente explícito. É demonstrado que ao se considerar aspectos geográficos e a seleção devido ao uso de recursos simultaneamente, as linhagens oscilam o seu grau de especialização ao longo de múltiplos eventos de especiação, conforme previsto pela Hipótese da Oscilação. Ao mesmo tempo, pressões seletivas mais intensas e menor capacidade de dispersão atuam conjuntamente para produzir maior riqueza de espécies. Estes trabalhos ilustram através de diferentes maneiras em como o estudo de processos coevolutivos pode nos ajudar entender melhor dinâmicas de coexistência das espécies à geração da biodiversidade. Palavras-chave: Parasito-hospedeiro. Interações ecológicas. Coevolução. Especiação. Diversificação.

This thesis investigates the role of coevolutive processes in antagonistic interactions in the diversification of species. Antagonistic interactions refer to any interaction between species in which one species benefits at the expense of another and can refer to either parasite-host, parasitoid-host and herbivore-plant interactions. I use an approach of computational simulations and individual-based models to apply a "proof of concept" on theoretical hypotheses regarding coevolutionary processes. In chapter 1, I present a short introduction about coevolution, antagonistic interactions and the Stockholm Paradigm, which is the underlying theoretical framework for the models developed in the following chapters. In chapter 2, I assess how antagonistic interactions in a pair of species are influenced by sexual and asexual reproductive strategies. This paper demonstrates that for models of quantitative traits that consider genomes with multiple loci explicitly, the reproductive strategy results in distinct coevolutionary dynamics. While models with asexual reproduction may result in evolutionary branching or consumer extinction, models of sexual reproduction result in oscillations and persistent interactions. In chapter 3, I study how the interaction with different resources affects the evolution of host range and species richness in a spatially explicit model. I demonstrate that when considering geographical aspects and selection on resource use simultaneously, the lineages oscillate their degree of specialization throughout multiple speciation events, as predicted by the Oscillation Hypothesis. At the same time, stronger selective pressures and smaller dispersion capacity act simultaneously resulting in higher species richness. This study illustrates through different approaches how investigation on coevolutionary processes can help us better comprehend the dynamics of species coexistence and generation of biodiversity. Keywords: Parasite-host. Ecological interactions. Coevolution. Speciation. Diversification.