Войти
Экологическая сеть представляет собой представление биотических взаимодействий в экосистема, в которой виды (узлы) связаны попарными взаимодействиями (звеньями). Эти взаимодействия могут быть трофическими или симбиотическими. Экологические сети используются для описания и сравнения структур реальных экосистем, в то время как сетевые модели используются для исследования воздействия сетевой структуры на такие свойства, как стабильность экосистемы.
Исторически исследования экологических сетей проводились на основе описаний трофических взаимоотношений в водных пищевых сетях ; однако недавняя работа расширилась, чтобы рассмотреть другие пищевые сети, а также сети мутуалистов. Результаты этой работы выявили несколько важных свойств экологических сетей.
Сложность ([плотность связей): среднее количество ссылок на вид. Объяснение наблюдаемых высоких уровней сложности в экосистемах было одной из основных проблем и мотиваций для анализа экологических сетей, поскольку ранняя теория предсказывала, что сложность должна вести к нестабильности.
Связь : доля возможных связей между видами, которые реализованы (связи / виды). В пищевых сетях уровень связи связан со статистическим распределением связей по видам. Распределение ссылок меняется с (частичного) степенного на экспоненциальное и на равномерное по мере увеличения уровня связи. Наблюдаемые значения связи в эмпирических пищевых сетях, по-видимому, объясняются ограничениями на ширину рациона организмов, обусловленными оптимальным кормлением. Это связывает структуру этих экологических сетей с поведением отдельных организмов.
Распределение по степеням : распределение по степени экологической сети - это совокупное распределение количества связей, которые имеет каждый вид. Было обнаружено, что степени распределения пищевых сетей демонстрируют одну и ту же универсальную функциональную форму. Распределение степеней может быть разделено на две составляющие: связь с добычей вида (также известная как степень) и связь с хищниками вида (также известная как степень). Распределение как по внутренней, так и по исходящей степени демонстрирует свои собственные универсальные функциональные формы. Так как распределение исходящих степеней затухает быстрее, чем распределение по степеням, мы можем ожидать, что в среднем в пищевой сети у вида будет больше ссылок, чем исходящих.
Кластеризация : доля видов, которые напрямую связаны с центральным видом. Фокусным видом в середине кластера может быть ключевой вид, и его потеря может иметь большое влияние на сеть.
Разделение : разделение сети на относительно независимые подсети. Некоторые экологические сети были разделены по размеру тела и пространственному расположению. Существуют также данные, свидетельствующие о том, что компартментализация в пищевых сетях, по-видимому, является результатом моделей смежности рациона видов и адаптивного поиска пищи
Гнездность : степень, в которой виды с небольшим количеством звеньев имеют подмножество связей других видов, а не другой набор ссылок. В сильно вложенных сетях гильдии видов, которые разделяют экологическую нишу, содержат как генералистов (виды со многими связями), так и специалистов (виды с небольшим количеством связей, все общие с универсалистами). В мутуалистических сетях вложенность часто бывает асимметричной: специалисты одной гильдии связаны с универсальными гильдиями-партнерами. Уровень вложенности определяется не особенностями видов, а общими характеристиками сети (например, размером сети и связностью) и может быть предсказан с помощью динамической адаптивной модели с изменением видовой схемы для максимизации индивидуальной приспособленности или приспособленности всего сообщества.
In- блочная вложенность : Также называемые составными структурами, некоторые экологические сети сочетают компартментализацию в крупных сетевых масштабах с вложенностью внутри компартментов.
Сетевой мотив : Мотивы - это уникальные подграфы, состоящие из n-узлов, обнаруженных встроенными в сети. Например, существует тринадцать уникальных структур мотивов, содержащих три вида, некоторые из них соответствуют знакомым модулям взаимодействия, изученным популяционными экологами, таким как пищевые цепи, очевидная конкуренция или хищничество внутри гильдии.. Исследования, посвященные изучению структуры мотивов экологических сетей, путем изучения закономерностей недостаточного / чрезмерного представления определенных мотивов по сравнению со случайным графом, показали, что пищевые сети имеют определенные структуры мотивов
Трофическая когерентность : тенденция видов специализация на определенных трофических уровнях приводит к тому, что пищевые сети демонстрируют значительную степень упорядоченности в своей трофической структуре, известной как трофическая когерентность, что, в свою очередь, оказывает важное влияние на такие свойства, как стабильность и преобладание циклов.
Взаимосвязь между сложностью экосистемы и стабильностью - основная тема, представляющая интерес в экологии. Использование экологических сетей позволяет анализировать влияние описанных выше свойств сети на стабильность экосистемы. Когда-то считалось, что сложность экосистемы снижает стабильность, позволяя эффектам нарушений, таким как исчезновение или вторжение видов, распространяться и усиливаться по сети. Однако были выявлены другие характеристики сетевой структуры, которые уменьшают распространение косвенных эффектов и, таким образом, повышают стабильность экосистемы. Взаимосвязь между сложностью и стабильностью может быть даже инвертирована в пищевых сетях с достаточной трофической связностью, так что увеличение биоразнообразия сделало бы сообщество более стабильным, а не меньшим.
Сила взаимодействия может уменьшаться с увеличением количества связей между видами, гашение последствий любых нарушений и каскадных вымираний менее вероятны в разрозненных сетях, так как последствия исчезновения видов ограничиваются исходным районом. Кроме того, до тех пор, пока наиболее связанные виды вряд ли вымрут, устойчивость сети возрастает с увеличением взаимосвязи и вложенности. Однако консенсус относительно связи между сетевой вложенностью и стабильностью сообщества у мутуалистических видов не был достигнут по результатам нескольких исследований в последние годы. Недавние открытия предполагают, что может существовать компромисс между различными типами стабильности. Было показано, что вложенная структура взаимных сетей способствует способности видов существовать во все более суровых условиях. Скорее всего, потому, что вложенная структура мутуалистических сетей помогает биологическим видам косвенно поддерживать друг друга в суровых обстоятельствах. Это косвенное содействие помогает видам выживать, но это также означает, что в суровых условиях один вид не может выжить без поддержки другого. По мере того, как обстоятельства становятся все более суровыми, может быть пройден переломный момент, когда популяции большого числа видов могут исчезнуть одновременно.
Дополнительные приложения экологических сетей включают изучение того, как контекст сообщества влияет на попарные взаимодействия. Ожидается, что сообщество видов в экосистеме влияет как на экологическое взаимодействие, так и на коэволюцию пар видов. В связи с этим разрабатываются пространственные приложения для изучения метапопуляций, эпидемиологии и эволюции сотрудничества. В этих случаях сети участков среды обитания (метапопуляции) или отдельных лиц (эпидемиология, социальное поведение) позволяют исследовать эффекты пространственной неоднородности.
