Вложенность в экологических системах: метрики, анализ и значение.
Nestedness
Вложенность в экологии: измерение структуры сообществ видов и сетей взаимодействий. Оценка "температуры" системы для анализа распределения и связей видов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Гнездистость – это показатель структуры в экологической системе, обычно применяемый к системам участков распространения видов (описывающим распределение видов по локациям) или сетям взаимодействий между видами (описывающим взаимодействия между видами, как правило, в виде бипартийных сетей, таких как хозяин-паразит, растение-опылитель и т.д.). Система (обычно представляемая в виде матрицы) считается гнездистой, когда элементы, содержащие небольшое количество элементов (локации с небольшим числом видов, виды с небольшим числом взаимодействий), содержат подмножество элементов, присутствующих в элементах с большим количеством элементов. Представьте себе ряд островов, расположенных по убыванию расстояния от материка. Если на материке присутствуют все виды, на первом острове – подмножество видов материка, на втором острове – подмножество видов первого острова, и так далее, то эта система идеально гнездится.
Nestedness is a measure of structure in an ecological system, usually applied to species sites systems (describing the distribution of species across locations), or species species interaction networks (describing the interactions between species, usually as bipartite networks such as hosts parasites, plants pollinators, etc.). A system (usually represented as a matrix) is said to be nested when the elements that have a few items in them (locations with few species, species with few interactions) have a subset of the items of elements with more items. Imagine a series of islands that are ordered by their distance from the mainland. If the mainland has all species, the first island has a subset of mainland's species, the second island has a subset of the first island's species, and so forth, then this system is perfectly nested.
Меры гнездования
Одной из единиц измерения вложенности является «температура» системы, предложенная Атмаром и Паттерсоном в 1993 году. Она измеряет порядок, в котором виды будут вымирать в системе (или, с другой стороны, порядок колонизации системы). Чем «холоднее» система, тем более фиксированным будет порядок вымирания. В более «теплой» системе вымирания будут происходить в более случайном порядке. Температура варьируется от 0°, самого холодного и абсолютно фиксированного состояния, до 100° – абсолютно случайного. По различным причинам калькулятор температуры вложенности не является математически обоснованным (не имеет единственного решения, недостаточно консервативен). Программное обеспечение (BINMATNEST) доступно у авторов по запросу и в журнале Journal of Biogeography для устранения этих недостатков. Кроме того, ANINHADO решает проблемы, связанные с большими размерами матриц и обработкой большого количества рандомизированных матриц; также он реализует несколько нулевых моделей для оценки значимости вложенности. Бастолла и др. предложили простую меру вложенности, основанную на количестве общих соседей для каждой пары узлов. Они утверждают, что это может помочь снизить эффективную конкуренцию между узлами в определенных ситуациях. Например, два вида насекомых могут «помогать» друг другу, опыляя один и тот же набор растений, тем самым уменьшая степень их негативного воздействия друг на друга. Авторы предполагают, что этот эффект лежит в основе корреляции между вложенностью и разнообразием в экосистемах растений и опылителей. Однако, Джонсон и др. показали, что эта мера на самом деле не учитывает желаемый эффект должным образом. Эти авторы предлагают усовершенствованную версию этой меры и показывают, как определенные свойства сети влияют на вложенность.
One measurement unit for nestedness is a system's 'temperature' offered by Atmar and Patterson in 1993. This measures the order in which species' extinctions would occur in the system (or from the other side the order of colonizing a system). The 'colder' the system is, the more fixed the order of extinction would be. In a warmer system, extinctions will take a more random order. Temperatures go from 0°, coldest and absolutely fixed, to 100° absolutely random. For various reasons, the Nestedness Temperature Calculator is not mathematically satisfying (no unique solution, not conservative enough). A software (BINMATNEST) is available from the authors on request and from the Journal of Biogeography to correct these deficits In addition, ANINHADO solves problems of large matrix size and processing of a large number of randomized matrices; in addition it implements several null models to estimate the significance of nestedness. Bastolla et al. introduced a simple measure of nestedness based on the number of common neighbours for each pair of nodes. They argue that this can help reduce the effective competition between nodes in certain situations. For instance, two insect species might "help" each other by pollinating the same subset of plants, thereby reducing the extent to which they are harmful to each other. The authors suggest that this effect is behind a correlation between nestedness and diversity in plant pollinator ecosystems. However, Johnson et al. have shown that this measure does not, in fact, properly account for the desired effect. These authors propose a refined version of the measure, and go on to show how certain network properties affect nestedness.