FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Et kjernespørsmål som fortsatt står ubesvart innen evolusjonsbiologi er spørsmålet ?hva er den relative viktigheten av biotiske og abiotiske faktorer i å forårsake evolusjon av arter i et økosystem??. Vårt prosjekt undersøker dette spørsmålet og kobler det opp mot Van Valens klassiske Rød dronning-hypotese fra 1973. Denne hypotesen hevder biotiske interaksjoner mellom arter resulterer i kontinuerlige evolusjonære endringer over geologiske tidsskalaer. Van Valen avviste ikke at også abiotiske faktorer var viktige i å forklare evolusjon, men han foreslo at biotiske interaksjoner var tilstrekkelig for en evigvarende evolusjonen av arter. Ideen om at biotiske interaksjoner fører til evolusjonære endringer er en vanlig oppfatning blant evolusjonsbiologer, som ofte studerer påvirkningen av slike interaksjoner på korte tidsskalaer. Men det er også en vanlig oppfatning at det er i hovedsak abiotiske faktorer som er hoveddrivkreftene bak evolusjon som fører til større evolusjonære endringer, som for eksempel artsdannelse og utryddelse av arter. Dette fokuset på abiotiske faktorer er spesielt vanlig blant paleontologer, som typisk studerer evolusjonære endringer over svært lange tidsskalaer. En viktig del av arbeidet med prosjektet så langt har vært å komme opp med testbare prediksjoner som muliggjør å undersøke hvorvidt evolusjonære endringer observert i fossile data skyldes biotiske eller abiotiske forhold. Dette gjøres både ved å utvikle teoretiske modeller, men også ved å lete fram empiriske systemer som muliggjør testing av forskjellige hypoteser for av hva som driver evolusjon i ulike tilfeller. Den teoretiske delen av arbeidet har det siste året kommet et langt stykke videre. Flere modellrammeverk utforskes for å finne ut om det er noen felles prosesser som alltid ser ut til å være essensielle for å skape Rød Dronning-dynamikk i økosystemer. En sentral del av dette arbeidet er å gjennomgå mange tidligere publiserte modeller for å sjekke hvorvidt disse bygger på svært lite realistiske antagelser En annen viktig del av prosjektet studerer det evolusjonære utfallet av individ-konkurranse i fossiler. Bryozoaer (mosdyr) er en egen rekke av akvatiske invertebrater som fossileres lett grunnet et hard skjellet. Dyregruppen har derfor et rikt fossilt materiale. Bryozoaer kjemper mot hverandre om areal å vokse på, og denne konkurransen om plass på egnet substrat (som for eksempel skjell) fossileres også hyppig. Dette gir en unik mulighet til å studere hvilke arter som konkurrerte bakover i tid, finne ut hvem som vant, og forske på den evolusjonære effekten av konkurranse. Det første paperet om konsekvensen av økologiske interaksjoner på lange tidsskalaer er nylig blitt publisert. Dette publiserte arbeidet viser at de fleste arter endrer i liten grad sin evne til å konkurrere med andre arter over millioner av år, mens et fåtall opplever store endringer i sin egen konkurransedyktighet over lange tidsskalaer. De neste prosjektene tar sikte på seg å forstå hvordan disse endringene (eller mangel av endringer) i konkurransedyktighet påvirker evolusjonen av disse artene. Et nytt studie basert på bryozoa-systemet viser at kroppsstørrelse er en viktig faktor for å predikere utfallet av konkurranse mellom individer. Dette er tydelig etter å ha studert og analysert tusenvis av individer fra det fossile materialet. Det virker dog ikke som om arter med liten kroppsstørrelse blir utkonkurrert, noe som tyder opp at også andre faktorer enn størrelse er med på å bestemme arters overlevelse over lang tid. To teoretiske studier er nå blitt publisert. Den første studies viser at assymetrisk konkurranse mellom individer er vanlig, men også nødvendig for at slik konkurranse fører til kontinuerlig evolusjon. Symmetrisk konkurranse kan derimot føre til at evolusjonen stopper opp hvis ikke det abiotiske delen av miljøet er i endring. Den andre teoretiske studiet representerer en ny og generell modell for hvordan evolusjonære endringer kan forstås som konsekvenser av endringer på tre forskjellige nivåer, nemlig økologiske endringer, evolusjonære endringer og endringer i den ikke-levende (abiotiske) delen av miljøet.

While both biotic factors, such as competition, and abiotic factors, such as changing climate, are usually acknowledged to contribute to evolutionary change and biotic turnover, their relative contributions remain unknown. In 1973, Leigh Van Valen publish ed his Red Queen hypothesis, suggesting that in a multispecies system without any abiotic perturbations, evolution would still continue. He hypothesized that biotic interactions between species alone suffice to force biological systems into a never-settli ng evolutionary race. Although almost 40 years have passed, empirical validation of Van Valen?s hypothesis is still pending and the importance of biotic interactions for long-term evolutionary dynamics remains unclear. To bridge this gap in our knowledge, I propose a novel two-pronged approach. Together with my team I will apply novel analyses of palaeontological data that explicitly account for preservation and sampling processes and that simultaneously examine both biotic and abiotic factors in evolutio nary turnover. Concurrently, we will develop a collection of novel mechanistic mathematical models that integrate ecology that are shaped towards specific systems for which we have long-term data. Empirical results from our statistical modelling of palaeo ntological data will be used to inform our collection of models. The mathematical models we will develop will explicitly account for organisms? interactions with both one another and the environment. They will allow us to disentangle the effects of possib le drivers of Red Queen dynamics one by one. As results accumulate, the analyses of empirical data and mathematical modelling will benefit from each other in an iterative process of mutual feedback. The proposed research will result in fresh understanding of the contribution of biotic interactions and abiotic influences on the long-term evolution of lineages.