O impacto da preferência dos consumidores na dinâmica coevolutiva e estrutura das redes antagonistas

Abstract

Resumo: O comportamento dos indivíduos, a organização espaço-temporal e o contexto local são processos que podem influenciar na estrutura e evolução das interações ecológicas. Em interações tróficas, os consumidores podem aumentar sua aptidão ao escolher ativamente os recursos que maximizam suas chances em utilizá-los com sucesso. Por isso, ao encontrá-los, decidem qual utilizar de acordo com seu valor e maneabilidade. A modelagem matemática é frequentemente empregada em estudos teóricos com o intuito de entender as dinâmicas coevolutivas entre essas espécies. Entretanto, esse comportamento individual dos consumidores na modelagem de comunidades é frequentemente ignorado, devido à complexidade desses sistemas exigir simplificações na construção dos mesmos. Nós avaliamos como o comportamento de escolha ativa do consumidor por recursos afeta as dinâmicas coevolutivas e a estrutura das interações em comunidades. Através de um modelo baseado em indivíduos nós simulamos uma comunidade composta por "consumidores" e "recursos". A dinâmica do modelo consiste em cinco etapas principais na seguinte ordem: o encontro entre os indivíduos, a pressão sobre a interação, a pressão estabilizadora, o cálculo da aptidão total, a reprodução e a recomposição da população. Os consumidores encontram os recursos em vizinhanças de interações. Estas são compostas aleatoriamente por um número de indivíduos recursos de qualquer espécie e pode variar desde um único indivíduo recurso, que implica em um cenário sem escolha ativa, até o total de recursos. A aptidão dos consumidores e recursos depende do grau de ajuste entre seus fenótipos e resulta na participação destes na formação da geração seguinte. Aqui, nós mostramos que a escolha ativa do consumidor pode gerar unidades ecológicas e coevolutivas estáveis ao longo do tempo. Ou seja, a convergência dos fenótipos de espécies de consumidores e recursos que exercem pressões seletivas recíprocas. As espécies se ligam preferencialmente a determinados núcleos nas redes, separados pelas diferenças em seus nichos fundamentais, dependendo do tamanho e composição das vizinhanças de interações. As métricas das redes não seguiram uma tendência única e não são diretamente correlacionadas com a intensidade da pressão coevolutiva imposta pelo comportamento dos consumidores. Nossos resultados demonstraram que a modelagem explícita da escolha ativa do consumidor gera dinâmicas coevolutivas e estruturas das interações congruentes, além de gerar amplitudes maiores das métricas de redes, que melhor descrevem as redes reais, diferentemente dos modelos que ignoram este ingrediente. Desse m odo, consideramos relevante a inclusão do comportamento de escolha ativa dos consumidores nos modelos, visto que o mesmo desempenha papel fundamental nos processos ecológicos e evolutivos que estruturam as comunidades.

Abstract: Individual behavior, temporal organization, and local context are processes that can influence the structure and evolution of ecological interactions. In trophic interactions, consumers can increase their fitness by actively choosing resources that enhance their chances of exploring them successfully. Upon searching for potential resources, they are able to decide which one to choose according to their fitness benefit and maneuverability. Mathematical modeling is often employed in theoretical studies to understand the coevolutionary dynamics between these species. However, they often disregard the individual consumer behavior since the complexity of these systems usually requires simplifying assumptions about interaction details. Using an individual_based model, we model a community of several species that interact antagonistically. The trait of each individual is modeled explicitly and is subjected to the interaction pressure. In addition, consumers can actively choose the resources that guarantee greater fitness. We show that active consumer choice can generate coevolutionary units over time. It means that the traits of both consumers and resources converge into multiple groups with similar traits, exerting reciprocal selective pressure between them. We also observed that network structure has a greater dependence on the parameter that delimits active consumer choice than on the intensity of selective pressure. As a consequence, this parameter can closely match empirical networks. Thus, we consider that the inclusion of consumers’ active choice behavior in the models plays an important role in the ecological and evolutionary processes that structure these communities.