Módulo VI
Módulo VI: Modelos de redes para macroevolução
Paulo R. Guimarães Jr
Marcus A. M. de Aguiar
Instituto de Física “Gleb Wataghin”
UNICAMP
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Conteúdo
1.
2.
3.
4.
Cascatas de extinção em redes aleatórias
Vida artificial
Recuperação após extinções em massa
Resumo
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Ao final desta aula, você deve ser capaz de:
1. Quais as implicações das interações ecológicas para os
processos macroevolutivos
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Conteúdo
1. Cascatas de extinção em redes aleatórias
2. Vida artificial
3. Recuperação após extinções em massa
4. Resumo
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Dinâmica da tolerância
1. Cada espécie possui o seu xi
Atualização
1. A cada passo de tempo:
• O valor de xi mudam aleatoriamente
• Um evento de extinção (n) elimina todas as
espécies para qual x<n
• As espécies são repostas com x aleatório
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
A importância de fatores externos é
indiscutível
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Leis de potência sem criticalidade?
1. Escalonamento reproduzido:
• Taxonômico
2. Não reproduzido:
• tempo de duração de um clado
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Redes ecológicas
1. Dinâmica na beira da instabilidade
F016: Física aplicada à Ecologia
Instável
S ~C
Estável
1e
Módulo VI
Redes ecológicas
1. Dinâmica na beira da instabilidade
Algum assim ocorre na escala evolutiva?
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Se sim, uma teoria baseada em redes
ecológicas pode ser útil para explicar
padrões evolutivos
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
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0.16 0.03 0.79 0.02
0.17
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0.17 0.66
0.42 0.17 0.42
0.26 0.74
0.71 0.29
1.00
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0.32 0.16 0.16 0.16 0.16 0.03
0.1
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0.1
0.7
0.1
0.83 0.08 0.08
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0.05 0.95
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Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
2. Mudança: aleatoriamente uma interação é selecionada e
o valor de dependência é mudado (aleatório)
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Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
2. Mudança: aleatoriamente uma interação é selecionada e
o valor de dependência é mudado (aleatório)
• Simula qualquer mudança ambiental ou evolutiva
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
2. Mudança: aleatoriamente uma interação é selecionada e
o valor de dependência é mudado (aleatório)
3. Extinção: Soma das dependências é negativa
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F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
2. Mudança: aleatoriamente uma interação é selecionada e
o valor de dependência é mudado (aleatório)
3. Extinção: Soma das dependências é negativa
• Permite extinções em cascata
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

S i t  1    W i, j 
 j 1

N
W i, j   0   z   1
W i, j   0   z   0
Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
2. Mudança: aleatoriamente uma interação é selecionada e
o valor de dependência é mudado (aleatório)
3. Extinção: Soma das dependências é negativa
4. Diversificação: uma espécie é copiada para substituir o
local da espécie extinta
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F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Qual a origem desse comportamento?
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Evolução usando redes ecológicas
1. Uma matriz quantitativa e direcionada
2. Mudança: aleatoriamente uma interação é selecionada e
o valor de dependência é mudado (aleatório)
3. Extinção: Soma das dependências é negativa
4. Diversificação: uma espécie é copiada para substituir o
local da espécie extinta
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+
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F016: Física aplicada à Ecologia
   PW  0
PW   P W  0 
PW   P W 
PW

ij

ij


   PW  0
PW   P W  0 
PW   P W 
PW

ij

ij




dP W  , t






 wW W P W  wW W P W
dt

  
 


dP W  , t






 wW W P W  wW W P W
dt

  
 


dP W  , t






 wW W P W  wW W P W
dt

  
 


dP W  , t






 wW W P W  wW W P W
dt

  
 


dP W  , t






 wW W P W  wW W P W
dt

  
 


dP W  , t






 wW W P W  wW W P W
dt

  
 


wW W

  wW

W


Módulo VI
Previsões
1. A probabilidade de uma espécie sobreviver decai
exponencialmente
F016: Física aplicada à Ecologia
… said the Queen. ‘Now, HERE, you
see, it takes all the running YOU
can do, to keep in the same place’
Módulo VI
Diferença fundamental
1. O que cria da dinâmica da rainha vermelha são
mudanças nas interações e não o ajuste a um ótimo
adaptativo
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Macroevolução
1. Genética populacional: macroevolução é somente uma
conseqüência da microevolução
2. Paleontologia: processos evolutivos distintos operam em
diferentes escalas, logo macroevolução não é somente
uma conseqüência da microevolução
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Conteúdo
1. Cascatas de extinção em redes aleatórias
2. Vida artificial
3. Recuperação após extinções em massa
4. Resumo
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Tierra e Avida
1. Seres digitais que se auto-replicam
2. Genome: seqüências de instruções para replicar, se
alimentar
3. Recurso: tempo de processamento da CPU
4. Em alguns casos o programa que executar um função
ganha mais tempo de processamento
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
3. Corridas armamentistas
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
3. Corridas armamentistas
4. Cooperação entre espécies
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
3. Corridas armamentistas
4. Cooperação entre espécies
5. Parasitas mantendo diversidade
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
3. Corridas armamentistas
4. Cooperação entre espécies
5. Parasitas mantendo diversidade
6. Sexo
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
3. Corridas armamentistas
4. Cooperação entre espécies
5. Parasitas mantendo diversidade
6. Sexo
7. Estratégias de vida longa e genomas complexos
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Resultados
1. Surgimento de “parasitas”: programas que usam outros
programas para se replicar
• Simplificação de “genomas”
2. Catástrofes populacionais
3. Corridas armamentistas
4. Cooperação entre espécies
5. Parasitas mantendo diversidade
6. Sexo
7. Estratégias de vida longa e genomas complexos
8. Mudanças pontuais e stasis dominante
F016: Física aplicada à Ecologia
“the apparent ubiquity of punctuational
patterns... may be telling us something
about general properties of change
itself...”
Módulo VI
Conteúdo
1. Cascatas de extinção em redes aleatórias
2. Vida artificial
3. Recuperação após extinções em massa
4. Resumo
F016: Física aplicada à Ecologia
Módulo VI
Conteúdo
1. Cascatas de extinção em redes aleatórias
2. Vida artificial
3. Recuperação após extinções em massa
4. Resumo
F016: Física aplicada à Ecologia
“the apparent ubiquity of punctuational
patterns... may be telling us something
about general properties of change
itself...”