La naturaleza está llena de relaciones de cooperación: plantas que se benefician de hongos o insectos, microbios que se ayudan para crecer, o incluso grupos humanos que trabajan conjuntamente. Sin embargo, a menudo se enfatiza la competencia por los recursos como la fuerza principal que impulsa las interacciones en el seno de estas comunidades.

En un nuevo estudio, un equipo de investigación liderado por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha desarrollado una teoría matemática completa donde por primera vez la cooperación juega un papel esencial a la hora de explicar cómo se organizan y se mantienen los ecosistemas.

El nuevo modelo ofrece un marco para estudiar cómo la cooperación puede convertirse en un motor de biodiversidad y resiliencia en todo tipo de entornos ecológicos. "Esta nueva teoría propone que las interacciones cooperativas fomentan la diversidad más allá de los modelos tradicionales basados ​​en la competencia pura", apunta Ricard Solé, responsable del estudio, investigador principal del IBE (CSIC-UPF) y profesor e investigador ICREA del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida de la UPF.

La propuesta se inspira en la teoría neutra ecológica, un marco que asume que todas las especies de un ecosistema son, en promedio, equivalentes. Bajo estas condiciones, la nueva teoría revela que emerge un núcleo cooperador, un conjunto de especies que mantienen una alta abundancia y longevidad en el ecosistema y se ayudan mutuamente.

Publicado en PNAS, el estudio proporciona un nuevo paradigma para comprender el mantenimiento de la diversidad en ecosistemas complejos, con implicaciones clave para el microbioma, la biología sintética y el origen de la vida.

Un núcleo de especies cooperadoras sostenido en el tiempo

La gran novedad del estudio es que incorpora un elemento clave que a menudo queda fuera de estos modelos: la cooperación entre especies como pieza esencial para reproducirse con éxito. “Nuestro modelo propone que la cooperación puede ser un proceso esencial para el mantenimiento de los ecosistemas” – comenta Artemy Kolchinsky, co-primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el grupo de Solé de Sistemas Complejos.

La nueva teoría parte de la premisa de que ninguna especie tiene una ventaja inherente sobre las demás. Además, se vale del mínimo número de variables y procesos para explicar la evolución de los ecosistemas a lo largo del tiempo. "El modelo permite estudiar patrones globales de biodiversidad basándose solo en procesos aleatorios de nacimiento, muerte y migración, y con dos variables independientes: el número de individuos del grupo y la tasa de migración de especies", añade Jordi Piñero, co-primer autor del estudio e investigador postdoctoral en la Universidad Estatal de Michigan.

A pesar de que la teoría puede explicar todos los regímenes posibles dentro de un ecosistema, el resultado más sorprendente se recupera cuando la migración de especies es baja. "En este caso, el modelo predice que las abundancias de las diferentes especies se distribuyen en dos grupos muy diferenciados", comenta Solé. "Por un lado, hay muchas especies raras; por otro, un conjunto reducido pero estable de especies muy abundantes".

De acuerdo con el estudio, este segundo grupo es un núcleo cooperador, un conjunto de especies que se necesitan mutuamente para prosperar y que al hacerlo crean las condiciones para mantener vivo un amplio abanico de especies a baja abundancia. Este núcleo no desaparece siquiera cuando la migración es muy escasa, y actúa como un motor de diversidad y estabilidad ecológica. "Cuando la migración es elevada, el modelo recupera los resultados clásicos de la teoría basada exclusivamente en la competencia", añade Solé.

Cooperación para repensar los vínculos que sostienen el microbioma o explicar el origen de la vida

El nuevo marco teórico podría amplificar nuestra mirada sobre las relaciones ecológicas, e inspirar soluciones de biología sintética basadas en la cooperación. "Nuestro modelo podría ayudar a diseñar consorcios microbianos cooperativos que fueran más estables, con un núcleo de especies resilientes", comenta Piñero.

Sin embargo, el equipo apunta a una revisión sobre el origen de la vida, bajo el prisma de la cooperación. “El nuevo modelo ofrece un marco teórico para explorar cómo las primeras moléculas autorreplicantes podrían haber necesitado cooperación para establecer sistemas vivos duraderos”, añade Kolchinsky.

En el futuro, el equipo de investigación espera utilizar la biología sintética para poner a prueba el alcance de las predicciones de la nueva teoría. "El nuevo modelo nos ofrece un marco unificado para estudiar cómo la cooperación, tan esencial como la competencia, puede convertirse en un motor de biodiversidad y resiliencia en todo tipo de ecosistemas", concluye Solé.

Artículo referenciado: 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