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Toward a mechanistic theory for biological patterns and their ecosystem-management possibilities

Grant number: 19/24433-0
Support Opportunities:Scholarships in Brazil - BIOTA - Young Researchers
Start date: November 01, 2019
End date: February 28, 2022
Field of knowledge:Physical Sciences and Mathematics - Physics
Principal Investigator:Ricardo Martinez Garcia
Grantee:Ricardo Martinez Garcia
Host Institution: Instituto de Física Teórica (IFT). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de São Paulo. São Paulo , SP, Brazil
Associated research grant:19/05523-8 - Toward a mechanistic theory for biological patterns and their ecosystem management possibilities, AP.BTA.JP

Abstract

Sistemas biológicos complexos são compostos de muitas entidades que interagem entre si e com o ambiente de uma maneira intrincada e altamente não linear. Como um resultado dessas interações, sistemas complexos frequentemente se auto-organizam em padrões espaço-temporais. Esses padrões têm atraído bastante atenção nos últimos anos, inicialmente devido à sua inquestionável beleza, e posteriormente devido às importantes informações que eles contêm sobre o estado do sistema no qual eles se formam. Supõem-se, por exemplo, que padrões espaciais são capazes de informar sobre a robustez do ecossistema no qual eles se formam sendo, por tanto uma importante ferramenta para prevenir perda de biodiversidade.A modelagem matemática tem sido uma ferramenta muito poderosa para explorar a origem desses padrões e também para especular sobre suas possíveis consequências no nível do (eco)sistema, já que na natureza uma escala de tempo muito longa é necessária para que esses padrões apareçam. No entanto, modelos de formação de padrões focam na reprodução da forma observada e frequentemente evitam uma descrição detalhada das interações que estão por trás delas. Essa aproximação tem levantado questões importantes, já que padrões que parecem idênticos podem surgir em contextos muito diferentes em processos de causas distintas, que muitas vezes levam a consequências no nível do sistema que são contraditórias. Portanto, para explorar padrões biológicos e extrair conclusões significativas sobre as implicações potenciais, é necessário desenvolver uma nova abordagem teórica que foca não somente na recuperação das estruturas observadas, mas também considera o conjunto correto de interações no nível individual. Proponho que uma nova aproximação para formação de padrões, no qual padrões auto-organizados e suas consequências ecológicas e evolucionárias surjam naturalmente de uma descrição detalhada de interações específicas do sistema em um nível individual. Dessa forma, padrões representam uma ponte natural entre comportamento, ecologia e evolução e, desse modo, fornecem uma forma poderosa de integrar processos que ocorrem em diferentes escalas em sistemas complexos biológicos.

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Scientific publications (11)
(The scientific publications listed on this page originate from the Web of Science or SciELO databases. Their authors have cited FAPESP grant or fellowship project numbers awarded to Principal Investigators or Fellowship Recipients, whether or not they are among the authors. This information is collected automatically and retrieved directly from those bibliometric databases.)
MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; LOPEZ, CRISTOBAL; VAZQUEZ, FEDERICO. Species exclusion and coexistence in a noisy voter model with a competition-colonization tradeoff. Physical Review E, v. 103, n. 3, . (19/24433-0, 19/05523-8, 16/01343-7)
ROSSINE, FERNANDO W.; MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; SGRO, ALLYSON E.; GREGOR, THOMAS; TARNITA, CORINA E.. Eco-evolutionary significance of ``loners{''}. PLOS BIOLOGY, v. 18, n. 3, . (16/01343-7, 19/24433-0)
MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; FLEMING, CHRISTEN H.; SEPPELT, RALF; FAGAN, WILLIAM F.; CALABRESE, JUSTIN M.. How range residency and long-range perception change encounter rates. Journal of Theoretical Biology, v. 498, . (16/01343-7, 19/24433-0)
MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; LOPEZ, CRISTOBAL; VAZQUEZ, FEDERICO. Species exclusion and coexistence in a noisy voter model with a competition-colonization tradeoff. PHYSICAL REVIEW E, v. 103, n. 3, p. 13-pg., . (19/05523-8, 19/24433-0, 16/01343-7)
MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; TARNITA, CORINA E.; BONACHELA, JUAN A.. Spatial patterns in ecological systems: from microbial colonies to landscapes. EMERGING TOPICS IN LIFE SCIENCES, v. N/A, p. 14-pg., . (19/05523-8, 19/24433-0, 16/01343-7)
CABAL, CIRO; MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; DE CASTRO, AURORA; VALLADARES, FERNANDO; PACALA, STEPHEN W.. Future paths for the `exploitative segregation of plant roots' model. PLANT SIGNALING & BEHAVIOR, v. 16, n. 5, . (19/24433-0, 19/05523-8, 16/01343-7)
MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; CABAL, CIRO; CALABRESE, JUSTIN M.; HERNANDEZ-GARCIA, EMILIO; TARNITA, CORINA E.; LOPEZ, CRISTOBAL; BONACHELA, JUAN A.. Integrating theory and experiments to link local mechanisms and ecosystem-level consequences of vegetation patterns in drylands. CHAOS SOLITONS & FRACTALS, v. 166, p. 13-pg., . (19/05523-8, 19/24433-0, 16/01343-7)
MACIEL, GABRIEL ANDREGUETTO; MARTINEZ-GARCIA, RICARDO. Enhanced species coexistence in Lotka-Volterra competition models due to nonlocal interactions. Journal of Theoretical Biology, v. 530, . (16/01343-7, 19/21227-0, 19/24433-0, 19/05523-8)
ROSSINE, FERNANDO W.; MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; SGRO, ALLYSON E.; GREGOR, THOMAS; TARNITA, CORINA E.. Eco-evolutionary significance of "loners". PLOS BIOLOGY, v. 18, n. 3, p. 27-pg., . (19/24433-0, 16/01343-7)
CABAL, CIRO; MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; AGUILAR, AURORA DE CASTRO; VALLADARES, FERNANDO; PACALA, STEPHEN W.. The exploitative segregation of plant roots. Science, v. 370, n. 6521, p. 1197+, . (19/05523-8, 19/24433-0, 16/01343-7)
COLOMBO, EDUARDO H.; MARTINEZ-GARCIA, RICARDO; LOPEZ, CRISTOBAL; HERNANDEZ-GARCIA, EMILIO. Spatial eco-evolutionary feedbacks mediate coexistence in prey-predator systems. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, . (16/01343-7, 19/24433-0)