الشبكة البيئية

الشبكة البيئية هي تمثيل للتفاعلات الحيوية في النظام البيئي ، حيث ترتبط الأنواع (العُقد) بتفاعلات ثنائية (روابط). قد تكون هذه التفاعلات غذائية أو تكافلية . تُستخدم الشبكات البيئية لوصف ومقارنة هياكل النظم البيئية الحقيقية، بينما تُستخدم نماذج الشبكات لدراسة تأثير بنية الشبكة على خصائص مثل استقرار النظام البيئي .

تاريخياً، تطورت الأبحاث في الشبكات البيئية انطلاقاً من وصف العلاقات الغذائية في الشبكات الغذائية المائية ؛ إلا أن الدراسات الحديثة توسعت لتشمل شبكات غذائية أخرى، فضلاً عن شبكات التكافل . وقد حددت نتائج هذه الدراسات العديد من الخصائص المهمة للشبكات البيئية.

التعقيد (كثافة الروابط): متوسط ​​عدد الروابط لكل نوع. يُعدّ تفسير المستويات العالية الملحوظة من التعقيد في النظم البيئية ^{[ 1 ]} أحد التحديات الرئيسية والدوافع الأساسية لتحليل الشبكات البيئية، إذ تنبأت النظريات المبكرة بأن التعقيد سيؤدي إلى عدم الاستقرار. ^{[ 2 ]}

الترابط : هو نسبة الروابط الممكنة بين الأنواع التي تتحقق فعليًا (عدد الروابط ^لكل نوع ، مع الأخذ في الاعتبار الافتراس بين الأنواع). في الشبكات الغذائية، يرتبط مستوى الترابط بالتوزيع الإحصائي للروابط لكل نوع. يتغير توزيع الروابط من قانون القوة (الجزئي) إلى التوزيع الأسي ثم إلى التوزيع المنتظم مع ازدياد مستوى الترابط. ^{[ 3 ]} يبدو أن القيم المرصودة للترابط في الشبكات الغذائية التجريبية مقيدة بتغير البيئة الفيزيائية، ^{[ 4 ]} ونوع الموئل، ^{[ 5 ]} مما ينعكس على اتساع النظام الغذائي للكائن الحي مدفوعًا بسلوك البحث الأمثل عن الغذاء . وهذا في النهاية يربط بنية هذه الشبكات البيئية بسلوك الكائنات الحية الفردية. ^{[ 6 ]}

توزيع الدرجات : يُعرَّف توزيع الدرجات في الشبكة البيئية بأنه التوزيع التراكمي لعدد الروابط التي تربط كل نوع. وقد وُجد أن توزيعات الدرجات في الشبكات الغذائية تُظهر نفس الشكل الوظيفي العام. يمكن تقسيم توزيع الدرجات إلى جزأين: الروابط إلى فرائس النوع (وتُعرف أيضًا بدرجة الدخول)، والروابط إلى مفترسات النوع (وتُعرف أيضًا بدرجة الخروج). ويُظهر كل من توزيع درجة الدخول وتوزيع درجة الخروج شكله الوظيفي العام. ونظرًا لأن معدل اضمحلال توزيع درجة الخروج أسرع من معدل اضمحلال توزيع درجة الدخول، فمن المتوقع أن يكون للنوع في الشبكة الغذائية، في المتوسط، عدد روابط دخول أكبر من عدد روابط الخروج. ^{[ 7 ]}

التكتل : نسبة الأنواع المرتبطة مباشرةً بنوع محوري. قد يكون النوع المحوري في منتصف التكتل نوعًا أساسيًا ، وقد يكون لفقدانه آثار كبيرة على الشبكة.

التجزئة : هي تقسيم الشبكة إلى شبكات فرعية مستقلة نسبيًا. وقد لوحظ أن بعض الشبكات البيئية تُجزأ حسب حجم الجسم ^{[ 8 ] [ 9 ]} وحسب الموقع المكاني ^{[ 10 ]} . كما توجد أدلة تشير إلى أن التجزئة في الشبكات الغذائية تبدو ناتجة عن أنماط تقارب النظام الغذائي للأنواع ^{[ 11 ]} والبحث التكيفي عن الغذاء ^{[ 12 ].}

التداخل : هو مدى امتلاك الأنواع ذات الروابط القليلة لمجموعة فرعية من روابط الأنواع الأخرى، بدلاً من مجموعة روابط مختلفة. في الشبكات شديدة التداخل، تضم مجموعات الأنواع التي تتشارك في بيئة إيكولوجية كلاً من الأنواع العامة (ذات الروابط الكثيرة) والأنواع المتخصصة (ذات الروابط القليلة، والتي تتشاركها جميعها مع الأنواع العامة). ^{[ 13 ]} في الشبكات التكافلية، غالبًا ما يكون التداخل غير متماثل، حيث ترتبط الأنواع المتخصصة في إحدى المجموعات بالأنواع العامة في المجموعة الشريكة. ^{[ 14 ]} لا يتحدد مستوى التداخل بخصائص الأنواع، بل بمؤشرات الشبكة العامة (مثل حجم الشبكة والترابط)، ويمكن التنبؤ به من خلال نموذج تكيفي ديناميكي مع إعادة توصيل الأنواع لزيادة لياقة الفرد ^{[ 15 ]} أو لياقة المجتمع ككل. ^{[ 16 ]}

التداخل داخل الكتلة : ^{[ 17 ]} تُسمى أيضًا بالبنى المركبة، ^{[ 18 ]} تجمع بعض الشبكات البيئية بين التجزئة على نطاقات الشبكة الكبيرة والتداخل داخل الحجيرات. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

النمط الشبكي : الأنماط هي رسوم بيانية فرعية فريدة تتكون من n عقدة، وتوجد ضمن شبكة. على سبيل المثال، توجد ثلاثة عشر نمطًا فريدًا تحتوي على ثلاثة أنواع، بعضها يتوافق مع وحدات تفاعل مألوفة يدرسها علماء البيئة السكانية، مثل السلاسل الغذائية ، والمنافسة الظاهرية ، أو الافتراس بين الأنواع المتنافسة . وقد وجدت الدراسات التي تبحث في هياكل الأنماط في الشبكات البيئية، من خلال فحص أنماط التمثيل الزائد/الناقص لأنماط معينة مقارنةً برسم بياني عشوائي، أن الشبكات الغذائية لها هياكل أنماط محددة ^{[ 21 ].}

التماسك الغذائي : يؤدي ميل الأنواع إلى التخصص في مستويات غذائية معينة إلى ظهور شبكات غذائية ذات درجة كبيرة من التنظيم في بنيتها الغذائية، وهو ما يُعرف بالتماسك الغذائي ، ^{[ 22 ]} والذي بدوره له تأثيرات مهمة على خصائص مثل استقرار وانتشار الدورات . ^{[ 23 ]}

تُعدّ العلاقة بين تعقيد النظام البيئي واستقراره موضوعًا بالغ الأهمية في علم البيئة . يُتيح استخدام الشبكات البيئية تحليل تأثير خصائص الشبكة المذكورة أعلاه على استقرار النظام البيئي. كان يُعتقد سابقًا أن تعقيد النظام البيئي يُقلّل من استقراره من خلال تمكين تأثيرات الاضطرابات، مثل فقدان الأنواع أو غزو الأنواع ، من الانتشار والتضخم عبر الشبكة. مع ذلك، تمّ تحديد خصائص أخرى لبنية الشبكة تُقلّل من انتشار التأثيرات غير المباشرة، وبالتالي تُعزّز استقرار النظام البيئي. ^{[ 24 ]} بل يُمكن عكس العلاقة بين التعقيد والاستقرار في الشبكات الغذائية ذات التماسك الغذائي الكافي، بحيث تُؤدّي الزيادة في التنوع البيولوجي إلى جعل المجتمع أكثر استقرارًا بدلًا من أن تُقلّله. ^{[ 22 ]} بمجرد وصف الشبكات البيئية بأنها شبكات نقل يتدفق فيها الغذاء عبر روابط الافتراس، يُمكن توسيع مفهوم القياس التناسبي ليشملها. عند القيام بذلك، يُمكن إيجاد أن الأشجار الممتدة تتميّز بعلاقات قياس عالمية، مما يُشير إلى أن الشبكة البيئية قد تكون نتاج عملية تحسين. ^{[ 25 ]}

قد تنخفض قوة التفاعل مع ازدياد عدد الروابط بين الأنواع، مما يُخفف من آثار أي اضطراب ^{[ 26 ] [ 27 ]} ، كما يقل احتمال حدوث انقراضات متتالية في الشبكات المُجزأة، حيث تقتصر آثار فقدان الأنواع على الجزء الأصلي. ^{[ 10 ]} علاوة على ذلك، طالما أن الأنواع الأكثر ترابطًا من غير المرجح أن تنقرض، فإن استمرارية الشبكة تزداد مع الترابط ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} والتداخل. ^{[ 30 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} ومع ذلك، لم يتم التوصل إلى إجماع بشأن الروابط بين تداخل الشبكة واستقرار المجتمع في الأنواع التكافلية بين العديد من الدراسات في السنوات الأخيرة. ^{[ 35 ]} تشير النتائج الحديثة إلى أنه قد يكون هناك توازن بين أنواع الاستقرار المختلفة. وقد تبين أن البنية المتداخلة للشبكات التكافلية تُعزز قدرة الأنواع على البقاء في ظل ظروف قاسية متزايدة. على الأرجح، لأن البنية المتداخلة للشبكات التكافلية تُساعد الأنواع على دعم بعضها البعض بشكل غير مباشر عندما تكون الظروف قاسية. يُساعد هذا التيسير غير المباشر الأنواع على البقاء، ولكنه يعني أيضاً أنه في ظل الظروف القاسية، لا يستطيع نوعٌ البقاء دون دعم الأنواع الأخرى. ومع ازدياد قسوة الظروف، قد يتم تجاوز نقطة تحول تنهار عندها أعداد عدد كبير من الأنواع في آنٍ واحد. ^{[ 36 ]}

تشمل التطبيقات الإضافية للشبكات البيئية استكشاف كيفية تأثير سياق المجتمع على التفاعلات الثنائية. من المتوقع أن يؤثر مجتمع الأنواع في النظام البيئي على كلٍ من التفاعل البيئي والتطور المشترك بين أزواج الأنواع. ويجري تطوير تطبيقات مكانية ذات صلة لدراسة التجمعات السكانية المترابطة ، وعلم الأوبئة ، وتطور التعاون . في هذه الحالات، تُمكّن شبكات رقع الموائل (التجمعات السكانية المترابطة) أو الأفراد (علم الأوبئة، السلوك الاجتماعي) من استكشاف آثار التباين المكاني.

• الشبكة البيولوجية
• أنظمة المستهلك والموارد
• شبكة الغذاء
• شبكة التلقيح
• إعادة التدوير (البيئية)