La natura és plena de relacions de cooperació: plantes que es beneficien de fongs o insectes, microbis que s’ajuden per créixer, o fins i tot grups humans que treballen conjuntament. No obstant, sovint s’emfatitza la competència pels recursos com la força principal que impulsa les interaccions en el sí d’aquestes comunitats.

En un nou estudi, un equip de recerca liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha desenvolupat una teoria matemàtica completa on per primer cop la cooperació juga un paper essencial a l’hora d’explicar com s’organitzen i es mantenen els ecosistemes.

El nou model ofereix un marc per estudiar com la cooperació pot convertir-se en un motor de biodiversitat i resiliència en tota mena d’entorns ecològics. “Aquesta nova teoria proposa que les interaccions cooperatives fomenten la diversitat més enllà dels models tradicionals basats en la competència pura”, apunta Ricard Solé, responsable de l’estudi, investigador principal de l’IBE (CSIC-UPF) i professor i investigador ICREA del Departament de Medicina i Ciències de la Vida de la UPF.

La proposta s’inspira en la teoria neutra ecològica, un marc que assumeix que totes les espècies d’un ecosistema són, en mitjana, equivalents. Sota aquestes condicions, la nova teoria revela que emergeix un nucli cooperador, un conjunt d'espècies que mantenen una alta abundància i longevitat a l’ecosistema i s’ajuden mútuament.

Publicat a PNAS, l’estudi proporciona un nou paradigma per comprendre el manteniment de la diversitat en ecosistemes complexos, amb implicacions clau per al microbioma, la biologia sintètica i l'origen de la vida.

Un nucli d’espècies cooperadores sostingut en el temps

La gran novetat de l’estudi és que incorpora un element clau que sovint queda fora d’aquests models: la cooperació entre espècies com a peça essencial per reproduir-se amb èxit. “El nostre model proposa que la cooperació pot ser un procés essencial per al manteniment dels ecosistemes” – comenta Artemy Kolchinsky, co-primer autor de l’estudi i investigador postdoctoral al grup de Solé de Sistemes Complexos.

La nova teoria parteix de la premissa que cap espècie té un avantatge inherent sobre les altres. A més, es val del mínim nombre de variables i processos per explicar l’evolució dels ecosistemes al llarg del temps. “El model permet estudiar patrons globals de biodiversitat basant-se només en processos aleatoris de naixement, mort i migració, i amb dues variables independents: el nombre d’individus del grup i la taxa de migració d’espècies”, afegeix Jordi Piñero, co-primer autor de l’estudi i investigador postdoctoral a la Universitat Estatal de Michigan.

Malgrat la teoria pot explicar tots els règims possibles dins d’un ecosistema, el resultat més sorprenent es recupera quan la migració d’espècies és baixa. “En aquest cas, el model prediu que les abundàncies de les diferents espècies es distribueixen en dos grups molt diferenciats”, comenta Solé. “D’una banda, hi ha moltes espècies rares; de l’altra, un conjunt reduït però estable d’espècies molt abundants”.

D’acord amb l’estudi, aquest segon grup és un nucli cooperador, un conjunt d’espècies que es necessiten mútuament per prosperar i que, en fer-ho, creen les condicions per mantenir viu un ampli ventall d’espècies a baixa abundància. Aquest nucli no desapareix ni tan sols quan la migració és molt escassa, i actua com un motor de diversitat i estabilitat ecològica. “​​Quan la migració és elevada, el model recupera els resultats clàssics de la teoria basada exclusivament en la competència”, afegeix Solé.

Cooperació per repensar els vincles que sostenen el microbioma o explicar l’origen de la vida

El nou marc teòric podria amplificar la nostra mirada sobre les relacions ecològiques, i inspirar solucions de biologia sintètica basades en la cooperació. “El nostre model podria ajudar a dissenyar consorcis microbians cooperatius que fossin més estables, amb un nucli d’espècies resilients”, comenta Piñero.

Tanmateix, l’equip apunta a una revisió sobre l’origen de la vida, sota el prisma de la cooperació. “El nou model ofereix un marc teòric per explorar com les primeres molècules auto-replicants podrien haver necessitat cooperació per establir sistemes vius duradors”, afegeix Kolchinsky.

En el futur, l’equip de recerca espera emprar la biologia sintètica per a posar a prova l’abast de les prediccions de la nova teoria. “El nou model ens ofereix un marc unificat per estudiar com la cooperació, tan essencial com la competència, pot convertir-se en un motor de biodiversitat i resiliència en tota mena d’ecosistemes”, conclou Solé.

Article referenciat:  Piñero, J., Kolchinsky, A., Redner, S. & Solé, R. (2025). Neutral theory of cooperative dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 122(51), e2515423122. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2515423122