[논문 리뷰] On the sympatric evolution of coexistence by relative nonlinearity of competition

Florian Härtig, Tamara Münkemülle외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 14.

Plant and animal studies참고 문헌 55인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 상호작용의 상대적 비선형성에 의한 공존이 적응역학과 개별기반 시뮬레이션을 통해 심리적 공진화로 진화할 수 있는지 조사한다. 동적 안정성은 광범위한 매개변수 범위에서 유지되지만, 장기적인 진화적 안정성을 보장하는 데는 매우 구체적인 진화적 트레이드오프만 가능하며, 이는 자연에서의 심리적 공진화 진화 가능성은 낮다는 것을 시사한다. 이론적으로는 가능하나 실제 관찰 빈도가 낮은 이유를 설명한다.

ABSTRACT

If two species show dierent nonlinear responses to a single shared resource, and if each species modifies resource dynamics such that it favors its competitor, they may stably coexist. While the mechanism behind this phenomenon, known as relative nonlinearity of competition, is well understood, less is known about its evolutionary properties and its prevalence in real communities. We address this challenge by using the adaptive dynamics framework as well as individual-based simulations to compare dynamic and evolutionary stability of communities coexisting through relative nonlinearity. Evolution operates on the species’ density compensation strategies, and a trade-o between growth at high versus low resource availability (population density) is assumed. We confirm previous findings that, irrespective of the particular model of density-dependence, there are usually broad ranges of coexistence between overcompensating and undercompensating density-compensation strategies. We show that most of these strategies, however, are not evolutionarily stable and will be outcompeted by a single compensatory strategy. Only very specific evolutionary tradeos allow evolutionary stability of strategies that coexist through relative nonlinearity. As we find no reason why these particular trade-os should be abundant in nature, we conclude that sympatric evolution of relative nonlinearity seems possible, but rather unlikely. We speculate that this may explain why relative nonlinearity has seldom been observed, although we note that a low probability of sympatric evolution does not exclude the possibility that this mechanism of coexistence might still frequently occur when species with dierent evolutionary histories meet in the same community. Our results highlight the need for combining ecological and evolutionary perspectives for understanding community assembly and biogeographical patterns.

연구 동기 및 목표

• 상대적 비선형성에 기반한 공존 메커니즘의 진화적 안정성을 평가하기 위해.
• 공통 자원에 대한 비선형 반응의 차이를 통해 안정적 공존을 가능하게 하는 전략이 진화할 수 있는지 확인하기 위해.
• 진화적 및 생태학적 모델링을 통해 이러한 공존 메커니즘이 자연 집단에서 얼마나 퍼져 있으며 현실 가능성이 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 적응역학 프레임워크를 사용하여 종의 밀도보상 전략에서의 진화적 분열과 수렴을 모델링한다.
• 다양한 생태적 및 진화적 조건 하에서 인구 역학과 진화적 궤적을 추적하기 위해 개별기반 시뮬레이션을 수행한다.
• 밀도보상 전략은 자원 가용성(밀도)이 높을 때와 낮을 때의 성능 간의 트레이드오프로 모델링된다.
• 비선형 경쟁을 시뮬레이션하기 위해 자원 가용성에 대한 과보상 및 과소보상 반응을 포함한다.
• 생태적 및 진화적 역학 하에서 공존 평형의 안정성을 분석함으로써 공존을 평가한다.
• 진동적 안정성(진화 없이 공존)과 진화적 안정성(돌연변이 전략에 대한 침입 저항성)을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제 진화적 트레이드오프 조건 하에서 상대적 비선형성에 의한 공존이 심리적으로 진화할 수 있는가?
• RQ2 높은 밀도와 낮은 밀도에서의 성능 간 특정 트레이드오프 중 어떤 것이 공존 전략의 진화적 안정성을 가능하게 하는가?
• RQ3 자연계에서 진화적 안정성을 위한 조건이 얼마나 흔한가?
• RQ4 공존의 동적 안정성이 진화적 안정성을 얼마나 잘 반영하는가?
• RQ5 상대적 비선형성이 이론적으로는 가능하나 실제에서는 드물게 관찰되는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 밀도보상 전략의 광범위한 범위에서 상대적 비선형성에 의한 동적 공존은 특정 밀도의 비선형성 모델과 관계없이 안정된다.
• 대부분의 공존 전략은 진화적으로 불안정하며, 선택 압력 하에서 단일한 매우 보상성이 높은 전략에 의해 밀려난다.
• 오직 매우 특정한 진화적 트레이드오프—즉, 고밀도와 저밀도에서의 성능을 정밀하게 균형 잡는 방식—만이 공존 전략의 진화적 안정성을 가능하게 한다.
• 진화적 안정성을 위한 요구 조건은 너무 좁고 구체적이어서 자연계에서 흔히 발생할 가능성이 낮다.
• 심리적 공진화 진화 가능성의 낮은 확률이 상대적 비선형성의 낮은 경험적 관찰 빈도를 설명할 수 있으며, 이는 서로 다른 진화적 배경을 가진 종이 공존할 경우 여전히 기능할 수 있음에도 불구하고 그렇다.
• 연구 결과는 생태학적 및 진화적 관점을 통합하여 사회군집 구성과 생물지리학적 패턴을 이해하는 데 중요함을 강조한다.