Diversity is a fundamental, yet threatened, property of ecological systems. The idea that diversity can itself favour diversification, in an autocatalytic process, is very appealing but remains controversial. Here, we study a generalized model of ecological communities and investigate how the level of initial diversity influences the possibility of evolutionary diversification. We show that even simple models of intra- and inter-specific ecological interactions can predict a positive effect of diversity on diversification: adaptive radiations may require a threshold number of species before kicking-off. We call this phenomenon DDAR (diversity-dependent adaptive radiations) and identify mathematically two distinct pathways connecting diversity to diversification, involving character displacement and the positive diversity-productivity relationship. Our results may explain observed delays in adaptive radiations at the macroscale and diversification patterns reported in experimental microbial communities, and shed new light on the dynamics of ecological diversity, the diversity-dependence of diversification rates, and the consequences of biodiversity loss.
Titre de l'article
La diversité stimule la diversification dans les communautés écologiques
La diversité stimule la diversification dans les communautés écologiques
Introduction à l'article
La diversité est une propriété fondamentale mais menacée des écosystèmes. L'idée que la diversité elle-même puisse encourager la diversification de façon auto-catalytique, est attractive mais reste controversée.
Dans cette étude, un modèle généralisé de communautés écologiques est utilisé et l'influence de la diversité initiale sur la possibilité de diversification évolutive est scrutée. Ils montrent que même de simples modèles peuvent prédire un effet positif de la diversité sur la diversification et que les radiations adaptatives pourraient nécessiter un nombre seuil d'espèces avant de décoller (elles sont diversité-dépendantes).
Ces résultats pourraient expliquer les délais observés à l'échelle macroscopique de telles radiations et les patrons de différenciation de communautés microbiennes expérimentales, et apporter un éclairage nouveau sur les dynamiques de la diversité écologique, les taux de diversification diversité-dépendants, et les conséquences de la perte de biodiversité.
La diversité est une propriété fondamentale mais menacée des écosystèmes. L'idée que la diversité elle-même puisse encourager la diversification de façon auto-catalytique, est attractive mais reste controversée.
Dans cette étude, un modèle généralisé de communautés écologiques est utilisé et l'influence de la diversité initiale sur la possibilité de diversification évolutive est scrutée. Ils montrent que même de simples modèles peuvent prédire un effet positif de la diversité sur la diversification et que les radiations adaptatives pourraient nécessiter un nombre seuil d'espèces avant de décoller (elles sont diversité-dépendantes).
Ces résultats pourraient expliquer les délais observés à l'échelle macroscopique de telles radiations et les patrons de différenciation de communautés microbiennes expérimentales, et apporter un éclairage nouveau sur les dynamiques de la diversité écologique, les taux de diversification diversité-dépendants, et les conséquences de la perte de biodiversité.
Expériences de l'article
Le modèle généralisé ne pose pas de restriction sur les formes d'interactions, néanmoins, trois scénarios de radiation largement utilisés ont été testés : le scénario de niche, celui de la taille du corps et celui du compromis de traits d'histoire de vie. Le nombre d'espèces initial a été systématique testé en variant de 1 à 5. Dans le cas d'une première espèce à l'origine, celle-ci a vu un trait maximisé en fonction du scénario testé, puis ont pu se diversifier comme dans une radiation adaptative classique. En variant continuellement deux paramètres clés du modèle, la prévalence des radiations adaptatives diversité-dépendante (DDAR) a pu être évaluée au sein de ces trois scénarios.
Le modèle généralisé ne pose pas de restriction sur les formes d'interactions, néanmoins, trois scénarios de radiation largement utilisés ont été testés : le scénario de niche, celui de la taille du corps et celui du compromis de traits d'histoire de vie. Le nombre d'espèces initial a été systématique testé en variant de 1 à 5. Dans le cas d'une première espèce à l'origine, celle-ci a vu un trait maximisé en fonction du scénario testé, puis ont pu se diversifier comme dans une radiation adaptative classique. En variant continuellement deux paramètres clés du modèle, la prévalence des radiations adaptatives diversité-dépendante (DDAR) a pu être évaluée au sein de ces trois scénarios.
Résultats de l'article
Les résultats montrent que les communautés les plus diversifiées avaient tendance à être moins stables évolutivement, ce qui génère des radiations adaptatives diversité-dépendantes (DDAR).
Ceci se retrouve particulièrement dans le scénario du compromis, où la DDAR est la seule forme de radiation.
La théorie de la radiation adaptative classique prédit qu'après l'explosion de diversité initiale, elle devrait ralentir, suivant le remplissage des niches, et donc le déclin des opportunités écologiques. Cette étude montre que cette relation négative à long terme explique aussi l'effet positif dans les premiers stades de la radiation.
La sélection sur la correspondance à l'habitat ne semble pas nécessairement stabilisatrice, celle sur les interactions interindividuelles pas forcément perturbatrice. La biomasse, en augmentant avec la diversité semble jouer un rôle-clé sur l'importance relative de ces deux paramètres, et contribue à générer un impact positif de la diversité sur la diversification.
Les résultats montrent que les communautés les plus diversifiées avaient tendance à être moins stables évolutivement, ce qui génère des radiations adaptatives diversité-dépendantes (DDAR).
Ceci se retrouve particulièrement dans le scénario du compromis, où la DDAR est la seule forme de radiation.
La théorie de la radiation adaptative classique prédit qu'après l'explosion de diversité initiale, elle devrait ralentir, suivant le remplissage des niches, et donc le déclin des opportunités écologiques. Cette étude montre que cette relation négative à long terme explique aussi l'effet positif dans les premiers stades de la radiation.
La sélection sur la correspondance à l'habitat ne semble pas nécessairement stabilisatrice, celle sur les interactions interindividuelles pas forcément perturbatrice. La biomasse, en augmentant avec la diversité semble jouer un rôle-clé sur l'importance relative de ces deux paramètres, et contribue à générer un impact positif de la diversité sur la diversification.
Ce que cet article apporte au débat
Ce modèle théorique met en évidence que la diversité, initiale ou atteinte après une certaine latence, permet de déclencher, un phénomène de radiation adaptative, de ce fait diversité-dépendante, au moins transitoirement. Il permet de mieux comprendre comment des changements dans les paramètres d'une communauté peuvent avoir des effets transitoires sur la diversification, suivis d'effets à long terme à l'opposé.
Ce phénomène serait permis par une moins grande stabilité évolutive, notamment en lien avec une augmentation de l'abondance et de la biomasse.
Ainsi, la diversité peut être un moteur de diversification.
De plus, il vient appuyer des données empiriques provenant d'études aussi bien à l'échelle macroscopique que microscopique.
Ce modèle théorique met en évidence que la diversité, initiale ou atteinte après une certaine latence, permet de déclencher, un phénomène de radiation adaptative, de ce fait diversité-dépendante, au moins transitoirement. Il permet de mieux comprendre comment des changements dans les paramètres d'une communauté peuvent avoir des effets transitoires sur la diversification, suivis d'effets à long terme à l'opposé.
Ce phénomène serait permis par une moins grande stabilité évolutive, notamment en lien avec une augmentation de l'abondance et de la biomasse.
Ainsi, la diversité peut être un moteur de diversification.
De plus, il vient appuyer des données empiriques provenant d'études aussi bien à l'échelle macroscopique que microscopique.
Figure
Causes sélectives de DDAR
(a-c) Les barres verticales représentent, pour les trois scénarios écologiques, la contribution relative de chaque composante (H pour la sélection à l'adaptation à l'habitat, I pour celle qui permet de minimiser les impacts négatifs des interactions interindividuelles, B pour la biomasse totale de la communauté) à la transition vers la diversification à mesure que la diversité augmente.
Les effets de ces paramètres sur la transition vers la diversification sont donnés en fonction du nombre d'espèces initiales nécessaires pour engranger un tel phénomène : deux (2), trois (3) ou quatre espèces (4). . (d-e) Diagrammes synthétiques résumant les impacts positifs de la diversité sur la diversification, à des niveaux bas (d) ou élevés (e) de diversité.
Diversity spurs diversification in ecological communities
Causes sélectives de DDAR
(a-c) Les barres verticales représentent, pour les trois scénarios écologiques, la contribution relative de chaque composante (H pour la sélection à l'adaptation à l'habitat, I pour celle qui permet de minimiser les impacts négatifs des interactions interindividuelles, B pour la biomasse totale de la communauté) à la transition vers la diversification à mesure que la diversité augmente.
Les effets de ces paramètres sur la transition vers la diversification sont donnés en fonction du nombre d'espèces initiales nécessaires pour engranger un tel phénomène : deux (2), trois (3) ou quatre espèces (4). . (d-e) Diagrammes synthétiques résumant les impacts positifs de la diversité sur la diversification, à des niveaux bas (d) ou élevés (e) de diversité.
Diversity spurs diversification in ecological communities
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