Single species features in ecological networks

Abstract

Le reti alimentari descrivono le relazioni trofiche (flussi di materia o energia) tra le specie di un ecosistema. All’interno di questo ambito, una metodologia diffusa ed ampiamente utilizzata è denominata “ecosystem network analysis” (ENA). La maggior parte delle applicazioni di teoria delle reti utilizza indici globali per caratterizzare struttura e funzionamento degli ecosistemi, mentre pochi esempi sono indirizzati all’indagine delle proprietà dei singoli componenti. Attraverso questo lavoro, partendo dalla struttura metodologica dell’ENA, mi propongo di estendere la comprensione del ruolo delle specie in funzione della posizione occupata all’interno delle reti. In particolare, analizzo l’importanza di quantificare l’intensità delle relazioni trofiche (pesi) rispetto alla semplice distribuzione binaria dei legami (presenza/assenza), garantendo informazioni funzionali in aggiunta alle caratteristiche topologiche. Confrontando diverse tipologie di reti (preda-predatore, pianta-impollinatore, ospite-parassita), dimostro come l’importanza del peso vari con la tipologia di interazione considerata. Inoltre, esploro come la posizione trofica, espressione del flusso energetico nei sistemi naturali, condizioni la topologia delle reti ecologiche. Descrivo, quindi, la distribuzione di abitudini alimentari specialistiche e generalistiche lungo la catena trofica, discutendo aspetti connessi all’onnivoria.

Analisi matematiche, algoritmi e regolarità sono testati ed analizzati su dati reali, enfatizzando il bisogno di un’azione sinergica tra studi empirici ed approccio simulativo.

Food webs describe feeding relationships between species, depicting road maps for the flow of energy and matter in ecosystems. In this conceptual framework, a prominent collection of quantitative methods consists of ecosystem network analysis (ENA). Few examples focussing on single species features, as emerging from roles they play in complex systems, have been stressed. By this research, starting from ENA procedure, I try to extend the knowledge on properties displayed by species in relation to whole system structure. I stress the problem of considering weights in ecological networks, since dealing with unweighted graph we are simply paying attention to the topological organization of nodes and links, while analyzing a weighted network we are including functional information that can obscure significantly the topological characteristics. Comparing different ecological networks (e.g. predator-prey, plant-pollinator, host-parasite), I demonstrate how the importance of weighting may vary depending on interaction types. I explore how species trophic position (energy delivery) affects food web topology, evaluating distribution of trophic specialization and generalist trophic behaviour towards the trophic chain and defining omnivory composition. Within my thesis, mathematical developments, algorithms and patterns were tested and analyzed on real data, stimulating the need of a coupled action between empirical studies and simulations.