¿Qué determina la estructura en una red trófica?

Este posteo fue proporcionado por Tomás I. Marina y Leonardo A. Saravia y cuenta la #LaHistoriaDetrasDelPaper para el artículo “Ecological network assembly: how the regional metaweb influences local food webs”,  publicado recientemente en el Journal of Animal Ecology.
Leonardo es investigador principal y profesor de la Universidad Nacional de General Sarmiento (UNGS), cerca de la ciudad de Buenos Aires, aunque en las próximas semanas se mudará a Ushuaia, en el fin del mundo, para comenzar su nuevo cargo como investigador titular en la Centro Austral de Investigaciones Científicas (CADIC-CONICET). Tomás posee un doctorado de la UNGS; es investigador joven en el Laboratorio de Oceanografía Biológica del CADIC-CONICET.

En la naturaleza, las especies interactúan entre sí de muchas maneras. La interacción más común y estudiada es la que se da entre un depredador y su presa. Una red trófica se puede definir como una red de interacciones que describe quién se come a quién en un determinado ecosistema y en una determinada época del año. En cualquier ecosistema, en un medio terrestre, dulceacuícola o marino, la llamada red trófica está compuesta por gran cantidad de especies (cientos) e interacciones (miles), mostrando una compleja red de interacciones depredador-presa.

En un artículo reciente en el Journal of Animal Ecology, estudiamos el proceso de ensamblaje de las redes tróficas, es decir, cómo se forma la compleja red de interacciones y cuáles son los principales factores que impulsan dicho proceso. Para ponerlo en palabras simples, nuestra pregunta de investigación fue la siguiente: ¿qué determina la estructura de una red trófica?

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Florida Keys Mangrove Island. CC BY-SA 3.0, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=11746362

Debido a investigaciones previas de colegas, ahora sabemos que la estructura de una red trófica es el resultado del ensamblaje de la comunidad, que es un proceso repetitivo de arribo de especies, colonización y extinción local. Esto implica que hay dos componentes principales que determinan la estructura de una red trófica: 1) la composición de las especies desde donde los individuos migran a nuevos hábitats, lo que se conoce como pool regional o metared; y 2) un proceso selectivo que determina qué especies pueden llegar y persistir en el nuevo hábitat. También sabemos que las primeras en colonizar nuevos hábitats son especies con una dieta amplia (es decir, gran variedad de presas). Así, las interacciones depredador-presa se establecen durante el proceso de ensamblaje que da inicio a la formación de una red de interacciones: la red trófica “en progreso”. Sumado a esto, las características del hábitat (sustrato, condiciones climáticas) y la capacidad de dispersión de las especies son factores importantes que también controlan el proceso de ensamblaje de la red trófica, determinando qué especies podrían ser capaces de persistir en el tiempo.

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Long Pond Lake at Adirondacks Region. By Original uploader was Mwanner at en.wikipediaLater version(s) were uploaded by XcepticZP at en.wikipedia. – Transferred from en.wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4044745

La estructura de una red trófica está restringida en última instancia por las especies y las posibles interacciones que existen en el pool regional, es decir, la metared. Tal metared está determinada por procesos evolutivos y biogeográficos que implican grandes escalas espaciales y temporales, que contienen muchos hábitats y comunidades. Cada una de las comunidades locales puede tener diferentes estructuras de redes tróficas, en términos de especies e interacciones entre ellas. Algunos teóricos conciben el ensamblaje como un proceso de selección no darwiniano, por el cual las especies y las estructuras particulares que desestabilizan la red trófica se perderán y las estructuras estabilizadoras persistirán. Por lo tanto, deberíamos esperar que esas estructuras estabilizadoras estén sobre-representadas en las redes tróficas locales en comparación con la metared.

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Tabular Icebergs at Northern Weddell Sea. By NASA Goddard Space Flight Center from Greenbelt, MD, USA – CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68986936

Para probar la hipótesis de que los procesos selectivos son responsables de la estructura de la red trófica, creamos un modelo de ensamblaje, en el que las especies migran de un pool regional y persisten en una red trófica local teórica con al menos una presa disponible. El modelo considera eventos de colonización-extinción y extinciones secundarias (es decir, si llega una especie y ninguna de sus presas está presente) limitados por la estructura de la red que está representada por interacciones depredador-presa. Por lo tanto, el modelo no incluye los procesos selectivos locales y las restricciones del hábitat que se cree que controlan el proceso de ensamblaje. Luego comparamos las redes tróficas locales teóricas creadas a partir del modelo de ensamblaje con redes tróficas reales. Planteamos la hipótesis de que, si los procesos locales como la estabilidad determinan la estructura de la red trófica, entonces deberíamos observar una diferencia significativa en las características estructurales de la red entre las redes tróficas reales y las ensambladas a partir del modelo. Para probar nuestra hipótesis, compilamos 58 redes tróficas reales de una variedad de regiones y ecosistemas: 2 redes tróficas marinas de la Antártida, 50 de agua dulce de la región de los lagos de Adirondacks y 6 de una comunidad de artrópodos en seis islas de los Cayos de Florida.

Diagrama esquemático del modelo de ensamblaje: las especies migran de la metared a una red trófica local llevando sus posibles interacciones. Los depredadores se extinguen si ninguna de sus presas está presente.

Contrariamente a nuestras expectativas, encontramos que la mayoría de las características estructurales no diferían entre las redes tróficas reales y modeladas. En particular, comparamos las propiedades relacionadas con la estabilidad, como la modularidad y la frecuencia de los motivos de tres especies, y la limitación de la dispersión y el filtrado del hábitat, como los roles topológicos que caracterizan cuántas interacciones tiene una especie dentro de su módulo y/o entre módulos (los módulos están formados por un grupo de especies que comparten más interacciones en comparación con otras especies). Esto sugiere que los procesos evolutivos y biogeográficos que se establecen en la metared son más importantes que los procesos locales, como el filtrado del hábitat y las limitaciones de dispersión, y podrían impulsar las características estructurales estudiadas en una red trófica. En particular, nuestro estudio nos obliga a repensar la forma en que abordamos el estudio de la estructura de la red trófica. Las propiedades de la red que nosotros, como ecólogos, usamos comúnmente para arrojar comprender mejor la estructura de una red trófica podrían ser un subproducto del proceso de ensamblaje ya impulsado en las escalas espacial y temporal de la metared.

Más información:

Saravia, L. A., Marina, T. I., Kristensen, N. P., De Troch, M., & Momo, F. R. (2021). Ecological network assembly: How the regional metaweb influences local food webs. Journal of Animal Ecology. https://doi.org/10.1111/1365-2656.13652

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