Premisa de la sincronización del ciclo de vida entre depredador y presa

Nueva respuesta, basada en el primer comentario del usuario 2686410 y ediciones posteriores de la pregunta.

He interpretado que "sincronizar sus propias generaciones con divisores..." en el sentido de sincronizar la duración del ciclo de vida. Me alegra saber de otra interpretación.

Primero, el objetivo general de Goles et al. (2001) no parece probar hipótesis relacionadas con la evolución de los ciclos de vida en las cigarras per se . En cambio, parece que su objetivo general puede haber sido explorar la generación de números primos a partir de la teoría numérica, utilizando modelos basados ​​en la biología. Por ejemplo, del resumen que afirman,

El modelo marca un encuentro de dos disciplinas aparentemente no relacionadas: la biología y la teoría de números. Una restricción a este último proporciona un generador evolutivo de números primos arbitrariamente grandes.

y al final de la discusión escriben,

Aunque existen métodos tradicionales para la detección de números primos (ver, por ejemplo, Ref. 23) que son más rápidos que los métodos presentados aquí, es notable que la generación de números primos se pueda realizar usando un modelo biológico.

Para abordar más directamente su pregunta y si entiendo sus modelos, Goles et al. (2001) parecen permitir que los ciclos de vida tanto de los depredadores como de las presas coevolucionen, aunque esto no siempre está claro.

Comparamos ahora una presa que muta a un ciclo Y' con la presa residente (duración del ciclo Y) en X constante . Análogamente, comparamos ciclos mutantes X' con ciclos residentes X en Y constante (Goles et al. 2001, pág. 34; énfasis añadido).

Aquí, parecen estar diciendo que el ciclo de vida de uno (depredador o presa) puede cambiar mientras que otro permanece constante (presa o depredador). Los ciclos de vida no coevolucionan. Las fórmulas y declaraciones posteriores implican un efecto interactivo entre los ciclos de vida del depredador y la presa. (Honestamente, su escritura es algo opaca para mí y no definen todos sus términos matemáticos, lo que dificulta seguir la lógica de sus modelos).

Independientemente, los resultados de sus modelos iniciales, que se muestran en la figura a continuación, muestran que la presa converge en un ciclo de vida de 17 años, mientras que los depredadores convergen en un ciclo de 4 años. Modelos algo más complejos tendían a converger en ciclos de 13 y 17 años, aunque otros números primos como el 11, 19 y 23 tenían probabilidades similares de evolución.

Goles et al. (2001) admiten al comienzo de su artículo que no hay evidencia de depredadores con ciclos periódicos que se alineen con los ciclos de vida de las cigarras. Esto sería consistente con las observaciones ecológicas generales. La mayoría de los depredadores consumen múltiples presas. Los depredadores altamente especializados serían más vulnerables a la extinción si su fuente de presa se extinguiera.

Otro modelo numérico, desarrollado por Tanaka et al. (2009) para explorar explícitamente la evolución del ciclo de vida de las cigarras, no incluye en absoluto los ciclos de vida de los depredadores. Sus resultados todavía convergen en ciclos de vida de 13 y 17 años, aunque restringieron el rango posible de ciclos de vida entre 10 y 20 años. Por lo tanto, no parece ser necesario que los depredadores desarrollen un ciclo de vida que coincida con los ciclos de vida de las presas para que funcione la hipótesis de la saciedad del depredador. Por supuesto, esto es consistente con las observaciones del mundo real de que las cigarras no parecen tener depredadores con ciclos de vida concomitantes.

Respuesta original, ligeramente editada.

En el caso de las cigarras, son la presa, no los depredadores. No están sincronizando sus ciclos de vida con los depredadores (si estoy interpretando correctamente toda su pregunta). El argumento es que las cigarras han desarrollado ciclos de vida sincronizados para maximizar la supervivencia. Al tener una gran cantidad de individuos que emergen en un período de tiempo muy corto, la densidad muy alta significa que la mayoría de los individuos vivirán lo suficiente para reproducirse porque los depredadores (pájaros, pequeños roedores, etc.) estarán saciados (ver Williams y Simon 1995 ). para una revisión y sugerencias para la literatura temprana). Algunos depredadores de cigarras siempre estarán presentes, por lo que las cigarras no se sincronizan con ningún depredador específico.

Goles et al. (2001) utilizaron modelos numéricos para argumentar que tales ciclos de vida tenderán a converger en números primos. (Como se discutió en la actualización anterior)

Tanaka et al. (2009) argumentaron recientemente, nuevamente utilizando modelos numéricos, que los ciclos de vida de las cigarras basados ​​en números primos evolucionaron como resultado del efecto Allee . El efecto Allee básicamente establece que existe una asociación positiva entre la aptitud de los individuos de la población y el tamaño o la densidad de la población. Por debajo de cierto tamaño, una población no puede sostenerse por sí misma y es vulnerable a la extinción. Tanaka et al. argumentan que el efecto Allee da como resultado ciclos de vida basados ​​​​en primos bajo parámetros ambientales variables. Además, argumentan que el mantenimiento de ciclos de vida alternativos minimiza la hibridación entre grupos con diferentes tiempos de ciclo de vida.

Lo que realmente parece quedar para comprender la evolución de los ciclos de vida de las cigarras es desentrañar los mecanismos genéticos involucrados con el tiempo.

Literatura citada

Goles, E. et al. 2001. Selección de números primos de ciclos en un modelo depredador-presa. Complejidad 6: 33-38.

Tanaka, Y. et al. 2009. Efecto Allee en la selección de ciclos de números primos en cigarras periódicas. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. 106: 8975-8979.

Williams, KS y C. Simon. 1995. La ecología, el comportamiento y la evolución de las cigarras periódicas. Revisiones anuales de entomología 40: 269-295.

La respuesta de Mike Taylor está bien investigada e inspiró el siguiente experimento mental que podría ayudarte.

Imagine un depredador de la cigarra que tarda varios años en alcanzar la madurez (digamos, cinco). La población de este depredador se distribuye uniformemente en todas las diferentes etapas de su ciclo de vida, al menos al principio.

Un año hay una erupción de cigarras y todos los miembros de esta especie de depredador están increíblemente bien alimentados durante uno o dos meses. Si los efectos de este exceso de presas no se distribuyen de manera uniforme en todas las edades de las especies de depredadores, habrá una ventaja de aptitud física para un grupo de edad u otro. Tal vez los jóvenes crezcan más rápido, o los viejos pasen más tiempo buscando pareja en lugar de comer. No importa cuál (incluso puede ser ambos), siempre y cuando no se trate de todos los miembros de la especie depredadora.

Ahora examine la próxima generación, dentro de cinco años. Los efectos del exceso de presas también se sienten aquí (más padres -> más hijos, padres más grandes -> hijos más fuertes, etc., etc.). Si el ciclo de la cigarra es de cinco años, o incluso de diez, cada generación de depredadores (o cualquier otra generación) que coincida con la erupción de la cigarra obtiene un aumento de la aptitud/población. Después de muchas iteraciones, domina el grupo de edad de los depredadores que maduran o desovan o lo que sea a tiempo para obtener el máximo beneficio de la erupción de la cigarra. En lugar de rangos de edad distribuidos uniformemente, obtienes un gran grupo de especies de depredadores que se sincronizan para beneficiarse de manera óptima de las erupciones de cigarras, lo cual es una mala noticia para las cigarras.

Lo que regula la duración del ciclo de vida del depredador es el tiempo de madurez sexual, o el tiempo de generación. Si este es un factor del tiempo de hibernación de la cigarra, se desarrollan ciclos y las cigarras están en problemas. Si las cigarras usan un número primo grande, el número de generaciones de cigarras entre las generaciones de depredadores coincidentes es muy grande. (un ciclo de depredador de cinco años y un ciclo de cigarra de 17 años solo se superponen una vez cada 85 años). Por cada generación de depredador que se beneficia de manera óptima del ciclo, 17 de ellos tienen que vivir sin el beneficio.

En términos generales, tomar mucho tiempo para alcanzar la madurez sexual es una mala noticia para una especie depredadora (en igualdad de condiciones), por lo que, que yo sepa, ninguna especie ha evolucionado para sincronizar sus generaciones con las cigarras.