Mamiferul ideal e un monstru de câteva ori mai mare decât un elefant

Articolul a apărut inițial pe Motherboard.

Circumstanțele ecologice și evolutive care duc la dispariția unei specii sunt multiple și interconectate în moduri complexe. Există prădări, prăbușiri ecologice și boli, sau așa cum s-a întâmplat cu majoritatea vietăților de la sfârșitul erei mezozoice, un simplu ghinion cosmic. Cel mai important aspect este că ce anume duce o specie la dispariție depinde în mare măsură de idiosincraziile organismului și de mediul său local.

Cu toate acestea, ecologiștii încearcă să formuleze un model al dinamicii generale a unei populații, pentru a înțelege mai bine fluctuațiile anumitor specii și de ce unele ajung să dispară. În momentul actual, lumea se confruntă cu o rată alarmantă de extincții, deci o viziune precisă asupra procesului e mai importantă decât oricând.

Multe modele ecologice folosite pentru a evalua riscul disparițiilor urmăresc interdependența a doi factori principali: disponibilitatea resurselor și mărimea populației. În general, dacă resursele sunt abundente, populația crește, iar dacă resursele descresc, atunci și populația se diminuează.

Aceste modele susțin ideea că, dacă resursele sunt abundente, un animal va putea să recolteze suficientă energie din mediul său pentru a se reproduce. Pe de altă parte, dacă resursele sunt rare, animalul va dedica aceste resurse insuficiente pentru a se susține, în loc să încerce să se reproducă. Această teorie a fost validată pentru diverse specii, de la reni până la zooplancton, care au fost observate cum întârziau reproducerea în momente de deficit al resurselor.

Întrebarea este cum să clarificăm această relație implicită între disponibilitatea resurselor și reproducere, pentru a crea un model mai nuanțat și mai precis al riscului de dispariție al unei populații. Un nou model eco-evoluționist publicat în Nature Communications și-a propus să facă fix asta și a generat câteva rezultate neașteptate în acest proces, cum ar fi dimensiunea ideală pentru un mamifer terestru.

Dezvoltat de trei oameni de știință de la Institutul Santa Fe, o organizație de cercetare nonprofit specializată în sisteme adaptive complexe, noul model nutrițional structurat (NSM) descrie intervalele de timp implicate, atunci când un organism trece de la a fi un animal „complet" capabil de reproducere, la un animal înfometat axat pe supraviețuire, ca o funcție a disponibilității resurselor.

Potrivit lui Justin Yeakel, un ecolog de la UC Merced, care a lucrat post-doctorand la Institutul Santa Fe, NSM s-a inspirat din alometrie, știința despre felul în care corpul unui animal este relaționat de anatomia și comportamentul său, pentru a obține parametri reali cu privire la cât de repede populația de mamifere terestre ar putea să-și acumuleze sau să își reducă resursele energetice pe baza a ceea ce este disponibil în mediul înconjurător.

Yeakel și colegii săi au dedus timpul necesar unui mamifer terestru „mediu" pentru a-și arde excesul de energie, stocat ca grăsime corporală, prin analizarea datelor alometrice de la aproximativ o sută de mamifere terestre. Ideea unui mamifer terestru „mediu" pare cam ciudată, din moment ce totul, de la șoareci la oameni, până la urși grizzly intră în categoria asta, dar cercetătorii de la Santa Fe Institute nu încercau să moduleze dinamica pentru un anumit mamifer. În schimb, ei încercau să creeze un model general care poate fi aplicat tuturor mamiferelor terestre.

„Dacă rezumi viața la ingredientele esențiale, organismele trebuie să se reproducă ca să transmită mai departe genele și pentru asta au nevoie de suficientă energie”, mi-a spus la telefon Yeakel. „Animalele individuale fac lucruri chiar ciudate, pe care sistemul nostru nu le-a putut capta. Noi am monitorizat trendurile comune pentru o categorie mare de organisme.”

Ceea ce Yeakel și colegii lui au găsit în „modelul simplu" a fost surprinzător. În primul rând, au reprodus regula lui Cope, o piatră de temelie a teoriei ecologice. Norma lui Cope prevede că, în general, animalele de aceeași linie au tendința de a evolua spre dimensiuni mai mari ale corpului. Această tendință continuă până în momentul în care anumite puncte de inflexiune, în care evoluția îi presează, și astfel încep să se dezvolte în direcția opusă. Altfel spus, animalele mai mari au un avantaj evolutiv mai mare.

Chris Kempes, biolog de la Santa Fe, mi-a spus că motivul este că organismele mai mari sunt capabile să reducă resursele la niveluri mai mici prin consum, și sunt capabile să stocheze mai multă energie. Din moment ce animalele mai mari pot stoca mai multe resurse consumate ca energie (grăsime corporală), ele pot supraviețui la niveluri mai scăzute de resurse, decât animalele cu dimensiuni mai mici ale corpului.

Cu toate acestea, animalele nu pot crește la nesfârșit. La un moment dat, nu vor mai fi suficiente resurse pentru o populație de animale uriașe, care să le permite să stocheze energia necesară pentru a supraviețui deficitul de resurse creat tot de consumul lor. Cu alte cuvinte, animale de mărimile astea, în principiu, și-ar consuma energia stocată până la flămânzire.

Punctul în care se întâlnesc aceste două tendințe macro-evolutive, media dintre dimensiunile corporale mai mari și cele mai mici este considerată dimensiunea „ideală" a corpului, în sensul că această dimensiune a corpului este cea mai solidă împotriva extincției bazate pe resurse. NSM a reușit să prezică dimensiunea corpului ideal pentru mamiferele terestre și a constatat că e de aproximativ 2,5 ori dimensiunea unui elefant african, cel mai mare mamifer terestru din lume.

Când Yeakel și colegii săi au verificat arhiva de fosile, se pare că cel mai mare animal din istorie, deinotheriumul, care a trăit în urmă cu 10 milioane de ani, și este o rudă a elefanților moderni, a fost aproape exact de dimensiunea pe care modelul a prezis-o.

„Nu ne-am gândit că acest model ar putea prezice lucrurile la care a ajuns", mi-a spus Yeakel. „Asta a fost cu atât mai surprinzător, când am început să umplem lacunele și să înțelegem că acest lucru se potrivește destul de bine cu ceea ce vedem în natură".

Atunci, de ce nu vedem mamiferele terestre în jurul dimensiunii „ideale" prezise de NSM? Potrivit lui Yeakel, acest lucru se datorează faptului că modelul se concentrează doar pe dinamica de înfometare și recuperare a populațiilor de mamifere și nu ia în considerare toate celelalte forțe ecologice care acționează asupra animalelor, cum ar fi prădători sau concurența din partea altor specii.

„Ne-am fi așteptat ca masa optimă calculată să fie o limită superioară, una care nu este adesea atinsă în natură", mi-a spus Yeakel. „Organismele nu sunt constrânse doar de dinamica foamei, așa că observăm multe varietăți ale dimensiunilor corpului, care sunt soluțiile optime (într-o modalitate dinamică în continuă schimbare) pentru mediile și constrângerile lor specifice".

Pentru moment, NSM este limitat la mamiferele terestre, despre care Kempes a spus că au fost selectate datorită cantității mari de date disponibile despre energia lor. Cu toate acestea, atât Kempes, cât și Yeakel mi-au spus că modelul general ar putea fi aplicat altor tipuri de animale, după modificarea corespunzătoare a parametrilor și că, având în vedere riscurile de extincție cu care se confruntă animalele acvatice, asta ar putea fi o direcție de cercetare productivă.

„Există multe cercetări despre energia și compoziția corporală a mamiferelor terestre, astfel încât ne-am simțit cu adevărat încrezători în aceste relații de scalare", a spus Kempes. „Desigur, abordarea mamiferelor acvatice în același mod detaliat în viitor ar fi foarte interesant."