Un modelo matemático para estudiar el mutualismo entre especies

En los ecosistemas existen diversos tipos de interacciones ecológicas entre las especies. Una de las más conocidas es la depredación (una especie se come a otra, simplificando), pero existen otras variedades, como la competición por recursos, el mutualismo, el comensalismo, el parasitismo, etcétera. Sin embargo, se sabe que no se trata de estados permanentes, porque puede haber transiciones entre estas interacciones fruto de la evolución. Por ejemplo, una relación de depredación entre especies puede acabar convirtiéndose en una relación mutualista o simbiótica entre las mismas en el curso de la evolución.

Un equipo liderado por investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) en España ha desarrollado un nuevo modelo matemático para estudiar los cambios en las interacciones ecológicas entre poblaciones de microbios. En el estudio también han colaborado investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid en España y la Universidad del Pacífico en Lima, Perú.

Una de las conclusiones a las que han llegado estos investigadores tras trabajar con dicho modelo es que existe una tendencia al mutualismo, es decir, hacia una relación que aporta beneficios de una especie a otra, y viceversa.

“Las interacciones ecológicas pueden comenzar como sea, pero en la mayoría de casos terminan desembocando en una relación mutualista”, señala uno de los investigadores, José Antonio Cuesta Ruiz, catedrático del Departamento de Matemáticas de la UC3M.

En este estudio, los investigadores han mostrado también la alta frecuencia con la ocurren estas transiciones en la naturaleza, descubriendo trayectorias evolutivas que transcurren por diversos estados intermedios, según los investigadores: “A pesar de tratarse de un modelo simple, su comportamiento emergente es complejo: muestra transiciones entre distintas relaciones ecológicas, pudiendo pasar por distintas etapas de mutualismo, depredación y competición antes de alcanzar su estado final”, añaden Javier Galeano y Juan Manuel Pastor, profesores de la UPM y coautores del trabajo.

Concepto simplificado de ecosistema microbiano en el que las flechas representan las relaciones de subsistencia entre las 4 especies (los 4 círculos). (Imagen: Amazings / NCYT)

Para su estudio, los investigadores han utilizado modelos clásicos de dinámica de poblaciones a los que han aplicado una técnica estándar en teoría evolutiva, denominada dinámica adaptativa. Esta técnica permite encontrar ecuaciones dinámicas para los parámetros del modelo de poblaciones, que determinan la naturaleza de las interacciones ecológicas. Con ello se puede estudiar cómo van cambiando dichas interacciones con el tiempo. “Este tipo de modelos, a pesar de que son modelos muy simples, son capaces de capturar elementos esenciales para proporcionar mecanismos de fenómenos emergentes. Son muy útiles a la hora de estudiar sistemas complejos”, señala Cuesta.

El estudio se titula “Prevalence of mutualism in a simple model of microbial coevolution”. Y se ha publicado en la revista académica Physical Review E. (Fuente: UPM)