Кривая обнаружения видов в экологии: график накопления видов от усилий поиска. Оценка числа видов, выявление закономерностей и прогнозирование открытий.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
В экологии кривая обнаружения видов (также известная как кривая накопления видов или кривая коллектора) — это график, отображающий кумулятивное количество видов живых организмов, зарегистрированных в определенной среде, как функцию кумулятивных усилий, затраченных на их поиск (обычно измеряемых в человеко-часах). Она связана с кривой зависимости числа видов от площади, но не идентична ей. Кривая обнаружения видов неизбежно будет возрастать и, как правило, будет замедляться в росте (то есть скорость её увеличения будет снижаться). Построение кривой позволяет оценить количество дополнительных видов, которые будут обнаружены при дальнейшем исследовании. Обычно это делается путем подгонки к кривой некоторой функциональной формы, либо визуально, либо с использованием методов нелинейной регрессии. К наиболее часто используемым функциональным формам относятся логарифмическая и отрицательная экспоненциальная функции. Преимущество отрицательной экспоненциальной функции заключается в том, что она стремится к асимптоте, значение которой соответствует числу видов, которые были бы обнаружены при бесконечно больших усилиях. Однако некоторые теоретические подходы предполагают, что логарифмическая кривая может быть более подходящей, подразумевая, что хотя обнаружение видов будет замедляться с увеличением усилий, оно никогда не прекратится полностью, поэтому асимптоты не будет, и при бесконечно больших усилиях будет обнаружено бесконечное число видов. Пример, в котором не следует ожидать асимптотического поведения функции, — это изучение генетических последовательностей, где новые мутации и ошибки секвенирования могут приводить к бесконечному числу вариантов. Первое теоретическое исследование процесса обнаружения видов было проведено в классической работе Фишера, Корбета и Уильямса (1943), основанной на обширной коллекции бабочек, собранной в Малайе. Теоретические статистические исследования этой проблемы продолжаются, например, в недавней статье Чао и Шэнь (2004). Эта теория связана с законом Ципфа. Аналогичный подход используется во многих других областях. Например, в этологии он может быть применен к числу различных фиксированных моделей поведения, которые будут обнаружены в зависимости от кумулятивных усилий, затраченных на изучение поведения вида животных; в молекулярной генетике он сейчас применяется к числу различных обнаруженных генов; а в литературоведении он может использоваться для оценки общего словарного запаса писателя на основе имеющейся выборки его или её опубликованных работ (см. Efron & Thisted, 1976).
In ecology, the species discovery curve (also known as a species accumulation curve or collector's curve) is a graph recording the cumulative number of species of living things recorded in a particular environment as a function of the cumulative effort expended searching for them (usually measured in person hours). It is related to, but not identical with, the species area curve. The species discovery curve will necessarily be increasing, and will normally be negatively accelerated (that is, its rate of increase will slow down). Plotting the curve gives a way of estimating the number of additional species that will be discovered with further effort. This is usually done by fitting some kind of functional form to the curve, either by eye or by using non linear regression techniques. Commonly used functional forms include the logarithmic function and the negative exponential function. The advantage of the negative exponential function is that it tends to an asymptote which equals the number of species that would be discovered if infinite effort is expended. However, some theoretical approaches imply that the logarithmic curve may be more appropriate, implying that though species discovery will slow down with increasing effort, it will never entirely cease, so there is no asymptote, and if infinite effort was expended, an infinite number of species would be discovered. An example in which one would not expect the function to asymptote is in the study of genetic sequences where new mutations and sequencing errors may lead to infinite variants. The first theoretical investigation of the species discovery process was in a classic paper by Fisher, Corbet and Williams (1943), which was based on a large collection of butterflies made in Malaya. Theoretical statistical work on the problem continues, see for example the recent paper by Chao and Shen (2004). The theory is linked to that of Zipf's law. The same approach is used in many other fields. For example, in ethology, it can be applied to the number of distinct fixed action patterns that will be discovered as a function of cumulative effort studying the behaviour of a species of animal; in molecular genetics it is now being applied to the number of distinct genes that are discovered; and in literary studies, it can be used to estimate the total vocabulary of a writer from the given sample of his or her recorded works (see Efron & Thisted, 1976).