Evolução do comportamento social: dinâmica evolutiva dos animais eussociais
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Evolution of social behavior: evolutionary dynamics of eusocial animals
Primeiro orientador
Membros da banca
José Marcos Andrade Figueiredo
Paulo Enrique Cardoso Peixoto
Paulo Enrique Cardoso Peixoto
Resumo
A seleção natural é o processo através do qual características melhor adaptadas ao ambiente
que são hereditárias tornam-se mais comuns numa população devido à maior probabilidade
de sobrevivência e reprodução dos indivíduos portadores da característica melhor adaptada.
Portanto, quando uma certa característica é observada numa população, pressupõe-se
que um dos efeitos dessa característica é o aumento, por exemplo, da taxa de reprodução
dos indivíduos portadores dessa característica. Entretanto, um conjunto particular de
espécies animais, ditos eussociais, exibem a presença de castas estéreis. Ou seja, a seleção
natural favoreceu o surgimento de animais, como as formigas, por exemplo, em que um
grande contingente de indivíduos não têm potencial reprodutivo. Portanto, as condições
para a evolução das espécies eussociais são um tanto quanto intrigantes. Atualmente,
duas vertentes de formalização matemática da evolução da eussocialidade se destacam: a
seleção natural padrão, que se baseia na noção de aptidão reprodutiva direta, e a seleção
de parentesco, que se baseia na noção de aptidão inclusiva. Neste sentido, o presente
trabalho teve como primeiro objetivo descrever os conceitos das aptidões sociais, bem
como a regra de Hamilton, e analisar suas limitações através de modelos matemáticos da
seleção natural padrão. A análise empregada permitiu evidenciar que a aptidão inclusiva é
valida somente sob certas condições, como limites de baixa seleção e de baixa mutação,
aditividade e condição de população com estrutura especial. Já na abordagem da seleção
natural padrão, nenhum desses requisitos são necessários. Essas duas formalizações servem
de base para analisar as principais hipóteses para a evolução da eussocialidade: hipótese
da haplodiploidia, a hipótese da monogamia ancestral, hipótese ecológica e a hipótese de
seleção de grupos. Essas duas últimas são as mais promissoras, não somente por evitarem
as limitações da aptidão inclusiva, mas também por possibilitarem uma análise simples de
população estruturada sujeita a seleção natural. Além disso, o fenômeno da transição de
comportamentos sociais primitivos para a eussocialidade, por meio das rotas evolutivas
parassocial e subssocial, foi explorado através de duas operações matemáticas construtivas:
se-agrupar (S-A) e ficar-junto (F-J). O estudos dessas duas operações de construção
possibilitaram o princípio de uma abordagem, através de simulações computacionais, para
explorar qual das duas rotas foi a mais provável, e sob quais condições elas são possíveis,
para alguns dos principais grupos de animais eussociais.
Abstract
Natural selection is the process by which characteristics best adapted to the environment
that are hereditary become more common in a population due to the greater probability
of survival and reproduction of individuals with the best adapted characteristic. Therefore,
when a certain characteristic is observed in a population, it is assumed that one of the effects
of that characteristic is the increase, for example, in the reproduction rate of individuals
with this characteristic. However, a particular set of animal species, called eusocial, exhibit
the presence of sterile castes. In other words, natural selection favored the appearance
of animals, such as ants, for example, in which a large number of individuals have no
reproductive potential. Therefore, the conditions for the evolution of eussocial species
are somewhat intriguing. Currently, two aspects of mathematical formalization of the
evolution of eussociality stand out: standard natural selection, which is based on the notion
of direct reproductive fitness, and kin selection, which is based on the notion of inclusive
fitness. In this sense, the present work had as its first goal to describe the concepts
of social fitness as well as Hamilton’s rule and to analyze its limitations through the
evolutionary game theory. The analysis employed showed that there are limitation for the
validity of inclusive fitness theory such as: low selection and low mutation limits, additivity
and condition population with a special structure, while the usual approach to standard
natural selection remains promising since none of the previous requirements are present.
So, this comparison serves as a basis to analyze the main hypotheses for the evolution of
eussociality: the haplodiploidy hypothesis, the ancestral monogamy hypothesis, ecological
hypothesis and the group selection hypothesis. The latter being the most promising, not
only because it avoids the limitations of social fitness concepts, but also because is yields
a simple analysis of structured population subject to natural selection. In addition, the
phenomenon of the transition from primitive social behaviors to eussociality through
the Parasocial and Subssocial evolutionary routes was explored through two constructive
mathematical operations: coming-together (C-T) and stay-together (S-T). The study of
these two construction operations enabled the principle of an approach, through computer
simulations, to explore which of the two routes was the most likely, and under what
conditions they are possible, for some of the main groups of eussocial animals.
Assunto
Teoria dos jogos, Sistemas complexos
Palavras-chave
Teoria evolutiva de jogos, Eussocialidade, Evolução da eussocialdade, Rotas para a eussocialidade, Aptidão inclusiva, Regra de Hamilton