Construção de nicho - Niche construction

Os castores ocupam um nicho biológico muito específico no ecossistema: a construção de represas em sistemas fluviais.

A construção de nicho é o processo pelo qual um organismo altera seu próprio ambiente local (ou de outra espécie). Essas alterações podem ser uma mudança física no ambiente do organismo ou englobar quando um organismo se move ativamente de um habitat para outro para experimentar um ambiente diferente. Exemplos de construção de nicho incluem a construção de ninhos e tocas por animais, e a criação de sombra, influenciando a velocidade do vento e alternando o ciclo de nutrientes pelas plantas. Embora essas alterações sejam frequentemente benéficas para o construtor, nem sempre são (por exemplo, quando organismos despejam detritos, eles podem degradar seus próprios ambientes).

Evolução

Para que a construção de nicho afete a evolução, ela deve satisfazer três critérios: 1) o organismo deve modificar significativamente as condições ambientais, 2) essas modificações devem influenciar uma ou mais pressões de seleção em um organismo receptor, e 3) deve haver uma resposta evolutiva em pelo menos uma população receptora causada pela modificação ambiental. Os primeiros dois critérios por si só fornecem evidências da construção de nicho.

Recentemente, alguns biólogos argumentaram que a construção de nicho é um processo evolutivo que funciona em conjunto com a seleção natural . A evolução envolve redes de feedbacks em que organismos previamente selecionados impulsionam mudanças ambientais, e ambientes modificados por organismos subsequentemente selecionam para mudanças em organismos. A combinação complementar entre um organismo e seu ambiente resulta dos dois processos de seleção natural e construção de nicho. O efeito da construção de nicho é especialmente pronunciado em situações onde as alterações ambientais persistem por várias gerações, introduzindo o papel evolutivo da herança ecológica . Essa teoria enfatiza que os organismos herdam dois legados de seus ancestrais: genes e um ambiente modificado. Um organismo construtor de nicho pode ou não ser considerado um engenheiro de ecossistema . A engenharia de ecossistemas é um conceito relacionado, mas não evolutivo, que se refere às mudanças estruturais causadas no meio ambiente pelos organismos.

Exemplos

As formigas cortadeiras preenchem um nicho vital no ecossistema da floresta tropical

A seguir estão alguns exemplos de construção de nicho:

  • As minhocas modificam física e quimicamente o solo em que vivem. Somente mudando o solo, esses organismos principalmente aquáticos podem viver na terra. O processamento do solo das minhocas beneficia as espécies de plantas e outras biota presentes no solo, conforme apontado originalmente por Darwin em seu livro The Formation of Vegetable Mold through the Action of Worms .
  • As formigas limão ( Myrmelachista schumanni ) empregam um método especializado de supressão que regula o crescimento de certas árvores. Eles vivem nos troncos das árvores Duroia hirsuta encontradas na floresta amazônica do Peru. As formigas limão usam ácido fórmico (um produto químico bastante comum entre as espécies de formigas) como herbicida. Ao eliminar as árvores inadequadas para as colônias de formigas-limão, essas formigas produzem habitats característicos, conhecidos como jardins do diabo .
  • Os castores constroem represas e, portanto, criam lagos que moldam e alteram drasticamente os ecossistemas ribeirinhos. Essas atividades modificam a ciclagem de nutrientes e a dinâmica de decomposição, influenciam a água e os materiais transportados rio abaixo e, em última análise, influenciam a composição e a diversidade de plantas e comunidades.
  • As diatomáceas bentônicas que vivem em sedimentos estuarinos na Baía de Fundy , Canadá, secretam exsudatos de carboidratos que ligam a areia e estabilizam o meio ambiente. Isso muda o estado físico da areia, o que permite que outros organismos (como o anfípode Corophium volutator ) colonizem a área.
  • Chaparrais e pinheiros aumentam a frequência dos incêndios florestais através da dispersão de agulhas, cones, sementes e óleos, essencialmente espalhando lixo no solo da floresta. O benefício desta atividade é facilitado por uma adaptação para resistência ao fogo que os beneficia em relação aos seus concorrentes.
  • A levedura Saccharomyces cerevisiae cria um novo ambiente de fermentação de frutas. Este processo de fermentação, por sua vez, atrai moscas-das-frutas com as quais está intimamente associado e utiliza para transporte.
  • As cianobactérias fornecem um exemplo em escala planetária por meio da produção de oxigênio como um produto residual da fotossíntese (ver Grande Evento de Oxigenação ). Isso mudou dramaticamente a composição da atmosfera e dos oceanos da Terra, com vastas consequências macroevolucionárias e ecológicas.
  • Microbialites representam nichos antigos construídos por comunidades bacterianas, o que evidencia que a construção de nichos estava presente nas primeiras formas de vida.

Consequências

Um toutinegra-do-mar alimentando seu grande intruso infantil.

Conforme as criaturas constroem novos nichos, elas podem ter um efeito significativo no mundo ao seu redor.

  • Uma consequência importante da construção de nicho é que ela pode afetar a seleção natural experimentada pelas espécies que estão construindo. O cuco comum ilustra essa consequência. Ele parasita outras aves, colocando seus ovos em seus ninhos. Isso levou a várias adaptações entre os cucos, incluindo um curto período de incubação de seus ovos. Os ovos precisam chocar primeiro para que o filhote possa empurrar os ovos do hospedeiro para fora do ninho, garantindo que não haja competição pela atenção dos pais. Outra adaptação que adquiriu é que o filhote imita os chamados de vários filhotes, de modo que os pais trazem comida não apenas para um filhote, mas para toda a ninhada.
  • A construção de nicho também pode gerar interações coevolucionárias, conforme ilustrado pelos exemplos acima de minhocas, castores e leveduras.
  • Descobriu-se que o desenvolvimento de muitos organismos e a recorrência de características ao longo das gerações dependem criticamente da construção de ambientes de desenvolvimento, como ninhos por organismos ancestrais. A herança ecológica se refere aos recursos e condições herdados, e às pressões de seleção modificadas associadas, que os organismos ancestrais legam a seus descendentes como resultado direto da construção de seu nicho.
  • A construção de nicho tem implicações importantes para a compreensão, gerenciamento e conservação de ecossistemas.

História

A teoria da construção de nicho (NCT) foi antecipada por diversas pessoas no passado, incluindo pelo físico Erwin Schrödinger em seu livro What Is Life? e ensaios Mind and Matter (1944). Um dos primeiros defensores da perspectiva de construção de nicho na biologia foi o biólogo do desenvolvimento, Conrad Waddington . Ele chamou sua atenção para as muitas maneiras pelas quais os animais modificam seus ambientes seletivos ao longo de suas vidas, escolhendo e mudando suas condições ambientais, um fenômeno que ele chamou de "sistema explorador".

A perspectiva de construção de nicho foi posteriormente trazida à proeminência por meio dos escritos do biólogo evolucionista de Harvard, Richard Lewontin . Nas décadas de 1970 e 1980, Lewontin escreveu uma série de artigos sobre adaptação, nos quais apontou que os organismos não se adaptam passivamente por meio da seleção a condições pré-existentes, mas ativamente constroem componentes importantes de seus nichos.

O biólogo de Oxford John Odling-Smee (1988) foi a primeira pessoa a cunhar o termo 'construção de nicho' e o primeiro a fazer o argumento de que 'construção de nicho' e ' herança ecológica ' deveriam ser reconhecidas como processos evolutivos. Ao longo da próxima década, a pesquisa na construção de nicho aumentou rapidamente, com uma onda de estudos experimentais e teóricos em uma ampla gama de campos.

Modelagem de construção de nicho

A construção de nicho no tempo evolucionário.
A construção de nicho no tempo evolucionário. O organismo muda seu ambiente e se adapta a ele.

A teoria evolutiva matemática explora a evolução da construção de nicho e suas consequências evolutivas e ecológicas. Essas análises sugerem que a construção de nicho é de considerável importância. Por exemplo, a construção de nicho pode:

  • consertar genes ou fenótipos que de outra forma seriam deletérios, criam ou eliminam equilíbrios e afetam as taxas de evolução;
  • causar atrasos no tempo evolutivo, gerar momentum, inércia, efeitos autocatalíticos, respostas catastróficas à seleção e dinâmica cíclica;
  • conduzem traços construtores de nicho à fixação, criando associações estatísticas com traços receptores;
  • facilitar a evolução da cooperação;
  • regular os estados ambientais, permitindo a persistência em condições que de outra forma seriam inóspitas, facilitando a expansão do alcance e afetando a capacidade de carga;
  • impulsionar eventos coevolucionários, exacerbar e melhorar a competição, afetar a probabilidade de coexistência e produzir tendências macroevolucionárias.

Humanos

Esta seção é sobre os efeitos que a construção de nichos por humanos tem na evolução humana. Para seus efeitos na evolução não humana, consulte antropoceno .

A teoria da construção de nicho teve um impacto particular nas ciências humanas, incluindo antropologia biológica , arqueologia e psicologia . A construção de nicho é agora reconhecida por ter desempenhado papéis importantes na evolução humana , incluindo a evolução das capacidades cognitivas. Seu impacto é provavelmente porque é imediatamente aparente que os humanos possuem uma capacidade excepcionalmente potente de regular, construir e destruir seus ambientes, e que isso está gerando alguns problemas atuais urgentes (por exemplo, mudança climática , desmatamento , urbanização ). No entanto, os cientistas humanos têm sido atraídos pela perspectiva da construção de nicho porque ela reconhece as atividades humanas como um processo de direção, em vez de meramente a consequência da seleção natural . A construção de nicho cultural também pode retroalimentar para afetar outros processos culturais, sem afetar a genética.

A teoria da construção de nicho enfatiza como os personagens adquiridos desempenham um papel evolutivo, por meio da transformação de ambientes seletivos. Isso é particularmente relevante para a evolução humana, onde nossa espécie parece ter se envolvido em extensas modificações ambientais por meio de práticas culturais. Essas práticas culturais normalmente não são em si mesmas adaptações biológicas (em vez disso, são o produto adaptativo dessas adaptações muito mais gerais, como a capacidade de aprender, especialmente de outros, de ensinar, de usar a linguagem e assim por diante, que fundamentam a cultura humana )

Modelos matemáticos estabeleceram que a construção de nicho cultural pode modificar a seleção natural nos genes humanos e conduzir eventos evolutivos. Essa interação é conhecida como coevolução gênica-cultura . Agora há poucas dúvidas de que a construção de um nicho cultural humano co-dirigiu a evolução humana. Os humanos modificaram a seleção, por exemplo, dispersando-se em novos ambientes com diferentes regimes climáticos, planejando práticas agrícolas ou domesticando o gado. Um exemplo bem pesquisado é a descoberta de que a pecuária leiteira criou a pressão de seleção que levou à disseminação de alelos para a persistência da lactase adulta. As análises do genoma humano identificaram muitas centenas de genes sujeitos à seleção recente, e as atividades culturais humanas são consideradas a principal fonte de seleção em muitos casos. O exemplo de persistência de lactose pode ser representativo de um padrão muito geral de coevolução de cultura de genes.

A construção de nicho agora também é fundamental para vários relatos de como a linguagem evoluiu. Por exemplo, Derek Bickerton descreve como nossos ancestrais construíram nichos de destruição que exigiam que eles se comunicassem a fim de recrutar indivíduos suficientes para afastar os predadores dos cadáveres da megafauna. Ele afirma que nosso uso da linguagem, por sua vez, criou um novo nicho no qual a cognição sofisticada foi benéfica.

Status atual

Embora o fato de que a construção de nichos ocorra não seja controverso, e seu estudo remonte aos livros clássicos de Darwin sobre minhocas e corais , as consequências evolutivas da construção de nichos nem sempre foram totalmente avaliadas. Os pesquisadores divergem sobre até que ponto a construção de nicho requer mudanças na compreensão do processo evolutivo. Muitos defensores da perspectiva da construção de nicho se alinham com outros elementos progressistas na busca de uma síntese evolutiva estendida , uma postura que outros biólogos evolucionistas proeminentes rejeitam. Laubichler e Renn argumentam que a teoria da construção de nicho oferece a perspectiva de uma síntese mais ampla dos fenômenos evolutivos por meio da "noção de sistemas de herança múltipla e expandida (do genômico ao ecológico, social e cultural)".

A teoria da construção de nicho (NCT) permanece controversa, particularmente entre os biólogos evolucionistas ortodoxos. Em particular, a alegação de que a construção de nicho é um processo evolutivo gerou polêmica. Uma colaboração entre alguns críticos da perspectiva da construção de nicho e um de seus defensores tentou apontar suas diferenças. Eles escreveram:

"A NCT argumenta que a construção de nicho é um processo evolutivo distinto, potencialmente de igual importância para a seleção natural. Os céticos contestam isso. Para eles, os processos evolutivos são processos que mudam as frequências dos genes , dos quais eles identificam quatro ( seleção natural , deriva genética , mutação , migração [ou seja, fluxo gênico ]) ... Eles não veem como a construção de nicho gera ou classifica a variação genética independentemente desses outros processos, ou como ela altera as frequências gênicas de qualquer outra forma. Em contraste, a NCT adota uma noção mais ampla de um processo evolutivo, que compartilha com alguns outros biólogos evolucionistas. Embora o defensor concorde que há uma distinção útil a ser feita entre os processos que modificam as frequências gênicas diretamente e os fatores que desempenham papéis diferentes na evolução ... Os céticos provavelmente representam a posição da maioria: os processos evolutivos são aqueles que mudam as frequências dos genes. Os defensores do NCT, ao contrário, fazem parte de um minoria de biólogos evolucionistas que concebem os processos evolutivos de forma mais ampla, como qualquer coisa que incline sistematicamente a direção ou a taxa de evolução, um critério que eles (mas não os céticos) sentem que a construção de nicho atende. "

Os autores concluem que suas discordâncias refletem uma disputa mais ampla dentro da teoria evolucionária sobre se a síntese moderna precisa de reformulação, bem como diferentes usos de alguns termos-chave (por exemplo, processo evolutivo).

Outra controvérsia envolve a aplicação da teoria da construção de nicho às origens da agricultura dentro da arqueologia. Em uma revisão de 2015, o arqueólogo Bruce Smith concluiu: "As explicações [para a domesticação de plantas e animais] com base na modelagem da amplitude da dieta apresentam uma série de falhas conceituais, teóricas e metodológicas; as abordagens baseadas na teoria da construção de nicho são muito mais bem fundamentadas pelas evidências disponíveis nas duas regiões consideradas [leste da América do Norte e Neotrópicos ] ". No entanto, outros pesquisadores não veem conflito entre a teoria da construção de nicho e a aplicação de métodos de ecologia comportamental na arqueologia.

Uma resenha crítica de Manan Gupta e colegas foi publicada em 2017, o que gerou uma disputa entre críticos e defensores.

Em 2018, outra revisão atualiza a importância da construção de nicho e da adaptação extragenética nos processos evolutivos.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos