نماذج تخصيص الموارد المتخصصة

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

تُستخدم النماذج الآلية لتوزيع الموارد البيئية كنماذج بيولوجية لشرح توزيعات الوفرة النسبية للأنواع . تصف هذه النماذج كيفية تقسيم الأنواع لمواردها في فضاء متعدد الأبعاد، مما يُحدد توزيع وفرة الأفراد بين الأنواع. عادةً ما تُعبّر الوفرة النسبية للأنواع عن نفسها بمخطط ويتاكر، أو مخطط الوفرة الرتبية، حيث تُرتّب الأنواع حسب عدد الأفراد على المحور السيني، مقابل اللوغاريتم الطبيعي للوفرة النسبية لكل نوع على المحور الصادي. يُمكن قياس الوفرة النسبية إما كعدد الأفراد النسبي داخل النوع الواحد، أو ككتلة حيوية نسبية للأفراد داخل النوع الواحد.

تاريخ

طُوِّرت نماذج توزيع الموارد البيئية لأن علماء البيئة سعوا إلى إيجاد تفسيرات بيولوجية لتوزيعات وفرة الأنواع النسبية . وكان ماك آرثر (1957، 1961) [ 1 ] [ 2 ] من أوائل من أعربوا عن عدم رضاهم عن النماذج الإحصائية البحتة ، حيث قدم بدلاً منها ثلاثة نماذج آلية لتوزيع الموارد البيئية. اعتقد ماك آرثر أن الموارد البيئية ضمن مجموعة موارد يمكن تقسيمها كما لو كانت عصا، حيث يمثل كل جزء منها مورداً بيئياً يشغله نوع معين في المجتمع. وبمساهمة من سوجيهارا (1980) [ 3 ] ، قام توكيشي (1990، 1993، 1996) [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] بتوسيع نموذج العصا المقسمة، عندما وضع ما يقارب سبعة نماذج آلية لتوزيع الموارد البيئية. توفر هذه النماذج الآلية نقطة انطلاق مفيدة لوصف تكوين الأنواع في المجتمعات البيئية.

وصف

الشكل 1. مخطط ويتاكر لوفرة رتبة الأنواع لسبعة من أكثر النماذج الآلية شيوعًا لتوزيع الموارد البيئية. تمثل النماذج ذات الانحدار الحاد، مثل نموذج الهيمنة الاستباقية، مجتمعات أقل توازنًا حيث تكون وفرة عدد قليل من الأنواع عالية جدًا، بينما تنخفض وفرة الأنواع المتبقية بشكل حاد (انظر توازن الأنواع ). في المقابل، تمثل النماذج ذات الانحدار الطفيف، مثل نموذج اضمحلال الهيمنة، مجتمعات أكثر توازنًا حيث تتساوى وفرة العديد من الأنواع، بينما تكون وفرة عدد قليل نسبيًا من الأنواع نادرة.

يمكن استخدام نموذج تخصيص الموارد في الحالات التي يتم فيها تقسيم مجموعة موارد واحدة بشكل متسلسل أو متزامن إلى موارد أصغر عن طريق الأنواع المستعمرة أو عن طريق التنوع (توضيح بشأن استخدام الموارد: تستخدم الأنواع داخل النقابة نفس الموارد، بينما قد لا تستخدمها الأنواع داخل المجتمع).

تصف هذه النماذج كيف تقسم الأنواع التي تستمد مواردها من نفس المصدر (مثل مجموعة بيئية ) بيئتها. يتم تقسيم مصدر الموارد إما بشكل متسلسل أو متزامن، ويتضمن عنصرا عملية تجزئة البيئة تحديد الجزء المختار وحجم الجزء الناتج (الشكل 2).

تم استخدام نماذج تخصيص الموارد في الأدبيات الأساسية لشرح ووصف التغيرات في التوزيعات النسبية لمجموعة متنوعة من التصنيفات بما في ذلك حشرات المياه العذبة والأسماك والنباتات الطحلبية والخنافس والطفيليات غشائية الأجنحة وتجمعات العوالق وأعشاب المستنقعات المالحة.

الافتراضات

الشكل 2. الآليات التي يتم من خلالها تقسيم الحيز البيئي. يتم تقسيم مجموعة الموارد إلى حيز بيئي بأحجام مختلفة، وهو ما يمكن ترجمته إلى الوفرة النسبية للأنواع في إجمالي مجموعة الموارد.

تعتمد النماذج الآلية التي تصف هذه المخططات على افتراض أن مخططات وفرة الرتب تستند إلى تقدير دقيق لوفرة الأفراد داخل الأنواع، وأن هذه المقاييس تمثل التوزيع الفعلي لوفرة الأنواع. علاوة على ذلك، سواءً استُخدم عدد الأفراد كمقياس للوفرة أو الكتلة الحيوية للأفراد، تفترض هذه النماذج أن هذه الكمية تتناسب طرديًا مع حجم الحيز البيئي الذي يشغله الكائن الحي. ويُشير أحد الاقتراحات إلى أن الوفرة المقاسة بعدد الأفراد قد تُظهر تباينات أقل من تلك التي تستخدم الكتلة الحيوية . وبالتالي، قد تُبالغ بعض الدراسات التي تستخدم الوفرة كمؤشر لتخصيص الحيز البيئي في تقدير تجانس المجتمع . يحدث هذا لعدم وجود تمييز واضح للعلاقة بين حجم الجسم والوفرة (علم البيئة) واستخدام الموارد . غالبًا ما تفشل الدراسات في دمج تقديرات بنية الحجم أو الكتلة الحيوية في مقاييس الوفرة الفعلية، ويمكن أن تُؤدي هذه المقاييس إلى تباين أكبر حول نماذج تخصيص الحيز البيئي مقارنةً بالوفرة المقاسة بدقة بعدد الأفراد. [ 7 ] [ 8 ]

نماذج توكيشي الآلية لتوزيع الموارد المتخصصة

فيما يلي وصفٌ لسبعة نماذج آلية تصف توزيع الموارد. تُعرض هذه النماذج بترتيب تصاعدي من حيث التوازن، بدءًا من الأقل توازنًا، وهو نموذج الاستباق بالهيمنة، وصولًا إلى الأكثر توازنًا، وهما نموذجا انحلال الهيمنة وتقسيم ماك آرثر.

الاستباق المهيمن

يصف هذا النموذج حالةً تستولي فيها كل فصيلة جديدة، بعد استيطانها الأولي (أو نشوئها)، على أكثر من 50% من أصغر حيز بيئي متبقٍ. في نموذج استيلاء الهيمنة لتوزيع الحيز البيئي، تستوطن الفصائل جزءًا عشوائيًا يتراوح بين 50% و100% من أصغر حيز بيئي متبقٍ، مما يجعل هذا النموذج عشوائيًا بطبيعته. أما نموذج السلسلة الهندسية، وهو نموذج وثيق الصلة [ 9 ]، فهو نسخة حتمية من نموذج استيلاء الهيمنة، حيث تكون النسبة المئوية للحيز البيئي المتبقي الذي تشغله الفصيلة الجديدة (k) ثابتة دائمًا. في الواقع، يتشابه نموذجا استيلاء الهيمنة والسلسلة الهندسية من حيث المفهوم، وسينتجان نفس توزيع الوفرة النسبية عندما تكون نسبة الحيز البيئي الأصغر المشغولة دائمًا 0.75. يُعد نموذج استيلاء الهيمنة الأنسب لتوزيعات الوفرة النسبية لبعض مجتمعات أسماك الجداول في تكساس ، بما في ذلك بعض المجموعات التصنيفية، ومجموعات وظيفية محددة. [ 10 ]

الهندسة (k=0.75) Pأنا=ك(1-ك)أنا-1{\displaystyle Pi=k(1-k)^{i-1}}

تشكيلة عشوائية

في نموذج التوزيع العشوائي، تُقسّم موارد البيئة عشوائيًا بين الأنواع التي تستوطن في آنٍ واحد أو بالتتابع. قد ينشأ هذا النمط لأن مقياس الوفرة لا يتناسب مع حجم الحيز البيئي الذي يشغله نوعٌ ما، أو لأن التغير الزمني في وفرة الأنواع أو اتساع الحيز البيئي يُسبب انقطاعًا في توزيع الحيز البيئي بمرور الوقت، وبالتالي يبدو أن الأنواع لا تربطها علاقة بين مدى تواجدها في البيئة وحيزها البيئي. أوضح توكيشي (1993) [ 5 ] أن هذا النموذج، من نواحٍ عديدة، يُشبه نظرية كاسويل المحايدة للتنوع البيولوجي، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الأنواع تبدو وكأنها تتصرف بشكل مستقل عن بعضها البعض.

كسر عشوائي

يصف نموذج الكسر العشوائي عملية يتم فيها اختيار حجم الحيز البيئي عشوائيًا بواسطة الأنواع المستوطنة بالتتابع. يختار النوع الأولي جزءًا عشوائيًا من الحيز البيئي الكلي، وتختار الأنواع المستوطنة اللاحقة أيضًا جزءًا عشوائيًا من الحيز البيئي الكلي، وتقسمه عشوائيًا حتى تستوطن جميع الأنواع. وجد توكيشي (1990) [ 4 ] أن هذا النموذج متوافق مع بعض مجتمعات روبيان الكارومونيد المتطفلة، ومؤخرًا استُخدم لتفسير التوزيعات النسبية لوفرة مجتمعات العوالق النباتية، ونباتات المروج المالحة، وبعض مجتمعات الحشرات من رتبة ذوات الجناحين، وبعض مجتمعات الخنافس الأرضية، والتصنيفات الوظيفية والتصنيفية لأسماك الجداول في المناطق الأحيائية في تكساس، وطفيليات الإكنومونيد. طوّر سوجيهارا نموذجًا مشابهًا في محاولة لتقديم تفسير بيولوجي للتوزيع اللوغاريتمي الطبيعي لبرستون (1948). [ 11 ] كان نموذج التقسيم الثابت لسوجيهارا (1980) [ 3 ] مشابهًا لنموذج الكسر العشوائي، إلا أن عشوائية هذا النموذج مستمدة من توزيع مثلثي بمتوسط ​​0.75، بدلًا من التوزيع الطبيعي بمتوسط ​​0.5 المستخدم في نموذج الكسر العشوائي. وقد استخدم سوجيهارا التوزيع المثلثي لاختيار المتغيرات العشوائية لأن عشوائية بعض التجمعات الطبيعية تتوافق مع التوزيع المثلثي بمتوسط ​​0.75.

كسر القوة

يُمكن لهذا النموذج تفسير توزيع الوفرة النسبية عندما تكون احتمالية استعمار بيئة موجودة في مجموعة موارد مرتبطة إيجابياً بحجم تلك البيئة (المقاس بالوفرة، الكتلة الحيوية، إلخ). وتعتمد احتمالية استعمار جزء من البيئة على الأحجام النسبية للبيئات القائمة، ويتم قياسها بواسطة الأس k. يمكن أن يأخذ k قيمة بين 0 و1، وإذا كان k>0، فهناك دائمًا احتمالية أعلى قليلاً لاستعمار البيئة الأكبر. يُعتبر هذا النموذج أكثر واقعية من الناحية البيولوجية لأنه يُمكن تصور العديد من الحالات التي تكون فيها البيئة ذات النسبة الأكبر من الموارد أكثر عرضة للغزو لأن تلك البيئة لديها مساحة موارد أكبر، وبالتالي فرصة أكبر للاستحواذ. يُعد نموذج الكسر العشوائي لتوزيع البيئة حالة متطرفة من نموذج الكسر الأسي عندما k=0، والحالة المتطرفة الأخرى من نموذج الكسر الأسي، عندما k=1، تُشبه نموذج كسر ماك آرثر حيث تكون احتمالية الاستعمار متناسبة طرديًا مع حجم البيئة. [ 6 ] [ 12 ]

كسر ماك آرثر

يتطلب هذا النموذج أن يتم كسر الحيز البيئي الأولي عشوائيًا، وأن تُختار الحيزات البيئية اللاحقة باحتمالية تتناسب مع حجمها. في هذا النموذج، يكون احتمال كسر الحيز البيئي الأكبر دائمًا أكبر مقارنةً بالحيزات البيئية الأصغر في مجموعة الموارد. يمكن أن يؤدي هذا النموذج إلى توزيع أكثر توازنًا، حيث يكون احتمال كسر الحيزات البيئية الأكبر أكبر، مما يُسهّل التعايش بين الأنواع في الحيزات البيئية ذات الأحجام المتساوية. يستند نموذج ماك آرثر الجزئي إلى نموذج العصا المكسورة، الذي طوره ماك آرثر (1957). تُنتج هذه النماذج نتائج متشابهة، ولكن أحد الاختلافات المفاهيمية الرئيسية هو أن الحيزات البيئية تُملأ في وقت واحد في نموذج العصا المكسورة، بدلًا من ملئها بالتتابع كما في نموذج ماك آرثر الجزئي. يجادل توكيشي (1993) [ 5 ] بأن غزو مجموعة الموارد بالتتابع أكثر واقعية من الناحية البيولوجية من كسر الحيز البيئي في وقت واحد. عندما تم دمج وفرة الأسماك من جميع المناطق البيئية في تكساس، كان التوزيع مشابهاً لنموذج العصا المكسورة لتوزيع المكانة البيئية، مما يشير إلى توزيع متساوٍ نسبياً لأنواع أسماك المياه العذبة في تكساس. [ 10 ]

انحلال الهيمنة

يمكن اعتبار هذا النموذج معكوسًا لنموذج الهيمنة الاستباقية. ففي البداية، تُستعمر مجموعة الموارد الأولية عشوائيًا، ثم تستعمر الكائنات المتبقية، التي تلي ذلك، دائمًا أكبر حيز بيئي، سواءً كان مستعمرًا بالفعل أم لا. يُنتج هذا النموذج مجتمعًا أكثر توازنًا مقارنةً بنماذج توزيع الحيز البيئي المذكورة أعلاه، لأن أكبر حيز بيئي يُقسّم دائمًا إلى جزأين أصغر حجمًا، يُرجّح أن يكون حجمهما مساويًا لحجم الحيز البيئي الأصغر الذي لم يُقسّم. ويبدو أن المجتمعات التي تتمتع بهذا المستوى من التوازن نادرة في النظم الطبيعية. ومع ذلك، يتضمن أحد هذه المجتمعات التوزيع النسبي لوفرة الكائنات المرشحة في موقع واحد ضمن نهر الدانوب في النمسا. [ 13 ]

مركب

يوجد نموذج مُركّب عندما تعمل مجموعة من نماذج تخصيص الموارد البيئية في أجزاء مختلفة من مخزون الموارد. يُبيّن فيسل (2002) [ 13 ] كيف يمكن أن يظهر نموذج مُركّب في دراسة لذباب المياه العذبة ، حيث تتناسب نماذج تخصيص الموارد البيئية المختلفة مع مجموعات وظيفية مختلفة من البيانات. مثال آخر لهيغينز وستراوس (2008)، في نمذجة تجمعات الأسماك، وجدا أن مجتمعات الأسماك من بيئات مختلفة وبتراكيب أنواع مختلفة تتوافق مع نماذج تخصيص موارد بيئية مختلفة، وبالتالي فإن تجمع الأنواع بأكمله كان مزيجًا من النماذج في مناطق مختلفة من نطاق الأنواع.

ملاءمة النماذج الآلية لتوزيع الموارد البيئية مع البيانات التجريبية

تهدف النماذج الآلية لتوزيع الموارد البيئية إلى وصف المجتمعات الحيوية. وقد استخدم الباحثون هذه النماذج بطرق عديدة لدراسة الاتجاهات الزمنية والجغرافية في وفرة الأنواع.

لسنوات عديدة، كان يتم تقييم مدى ملاءمة نماذج توزيع الموارد البيئية بالنظر، ومقارنة رسوم هذه النماذج بالبيانات التجريبية. [ 5 ] ومؤخرًا، طُوّرت اختبارات إحصائية لمدى ملاءمة هذه النماذج للبيانات التجريبية. [ 14 ] [ 15 ] تستخدم الطريقة الأخيرة (إتيان وأولف 2005) [ 15 ] محاكاة بايزية للنماذج لاختبار مدى ملاءمتها للبيانات التجريبية. أما الطريقة الأولى، التي لا تزال شائعة الاستخدام، فتقوم بمحاكاة الوفرة النسبية المتوقعة، من التوزيع الطبيعي، لكل نموذج بافتراض نفس عدد الأنواع في البيانات التجريبية. تُحاكى كل نموذج عدة مرات، ويمكن حساب المتوسط ​​والانحراف المعياري لتحديد فترات الثقة حول كل توزيع للوفرة النسبية. ويمكن اختبار الثقة حول كل رتبة مقابل البيانات التجريبية لكل نموذج لتحديد مدى ملاءمة النموذج. تُحسب فترات الثقة كما يلي. [ 4 ] [ 12 ] لمزيد من المعلومات حول محاكاة نماذج تخصيص الموارد المتخصصة، اقرأ وثائق برنامج Power Niche. [ 14 ]

R(xأنا)=μأنا±رσأنان{\displaystyle R(x_{i})=\mu _{i}\pm {\frac {r\sigma _{i}}{\sqrt {n}}}}

r = حد الثقة للبيانات المحاكاة، σ = الانحراف المعياري للبيانات المحاكاة، n = عدد التكرارات للعينة التجريبية

مراجع

  1. ↑ ماك آرثر، آر إتش ( 1957). " حول الوفرة النسبية لأنواع الطيور" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 43 (3): 293-295 . doi : 10.1073/pnas.43.3.293 . JSTOR 89566. PMC 528435. PMID 16590018 .   
  2. ↑ ماك آرثر، آر إتش؛ ماك آرثر، جيه دبليو (1961). "حول تنوع أنواع الطيور". علم البيئة . 42 (3): 594-598 . doi : 10.2307/1932254 . JSTOR 1932254 . 
  3. 1 2 سوجيهارا، ج. (1980). " بنية المجتمع الدنيا: تفسير لأنماط وفرة الأنواع". المجلة الأمريكية لعلم الطبيعة 116 (6): 770-777 . doi : 10.1086/283669 . JSTOR 2460407. PMID 29513556 .  
  4. 1 2 3 توكيشي، م. (1990). "توزيع الموارد البيئية أم التوزيع العشوائي: إعادة النظر في أنماط وفرة الأنواع". مجلة علم البيئة الحيوانية . 59 (3): 1129-1146 . doi : 10.2307/5036 . JSTOR 5036 . 
  5. 1 2 3 4 توكيشي، م. (1993). "أنماط وفرة الأنواع وبنية المجتمع". مجلة أبحاث علم البيئة المتقدمة. 24 : 112-186 . doi : 10.1016/S0065-2504(08)60042-2 . ISBN 978-0-12-013924-8.
  6. 1 2 توكيشي، م. (1996). "نسبة القوة: تفسير جديد لأنماط وفرة الأنواع في التجمعات الغنية بالأنواع". Oikos . 75 : 543-550 . doi : 10.2307/3545898 . JSTOR 3545898 . 
  7. ↑ جاستون، كيه جيه؛ بلاكبيرن، تي إم (2000). النمط والعملية في علم البيئة الكلية . وايلي. doi : 10.1002/9780470999592 . ISBN 978-0-470-99959-2.
  8. ↑ تابر، إم إل؛ ماركيه، بي إيه (1996). "كيف تقسم الأنواع الموارد فعليًا؟". عالم الطبيعة الأمريكي . 147 (6): 1072-1086 . doi : 10.1086/285893 . JSTOR 2463192 . 
  9. ↑ ماي، آر إم (1975). "أنماط وفرة الأنواع وتنوعها" . في كودي، إم إل؛ دايموند، جيه إم (محرران). بيئة وتطور المجتمعات . مطبعة جامعة هارفارد. ص 81-120 . ISBN  0-674-22444-2. OCLC 2212714 . 
  10. 1 2 هيغينز، سي إل؛ شتراوس، آر إي (2008). "نمذجة تجمعات أسماك الجداول باستخدام نماذج تخصيص الموارد: الأنماط والعمليات والاعتماد على المقياس". معاملات الجمعية الأمريكية لمصايد الأسماك . 137 (3): 696-706 . doi : 10.1577/T07-061.1 .
  11. ↑ بريستون، ف. و. (1948). "شيوع الأنواع وندرتها". علم البيئة . 29 (3): 254-283 . doi : 10.2307/1930989 . JSTOR 1930989 . 
  12. 1 2 ماغوران، أ. إي. (2013) [2004]. قياس التنوع البيولوجي . وايلي. ISBN 978-1-118-68792-5.
  13. 1 2 فيسل، سي. (2002). "نماذج وفرة الأنواع الموجهة نحو البيئة: مناهج مختلفة وتطبيقها على تجمعات يرقات الكيرونوميد (ذوات الجناحين) في نهر كبير". مجلة علم البيئة الحيوانية 71 (6): 1085-94 . doi : 10.1046/j.1365-2656.2002.00671.x . JSTOR 1555783 . 
  14. 1 2 دروزد، ص؛ نوفوتني، ف. (2010). "PowerNiche - نماذج التقسيم المتخصصة لتحليل المجتمع (الإصدار 2)" . البرامج البيئية . جامعة أوسترافسكي.
  15. 1 2 إتيان، آر إس؛ أولف، إتش. (2005). "مقارنة نماذج مختلفة لبنية المجتمع ببيانات وفرة الأنواع: مقارنة نموذجية بايزية" . رسائل علم البيئة . 8 (5): 493-504 . doi : 10.1111/j.1461-0248.2005.00745.x . hdl : 11370/33210672-b9d8-483e-8223-8f7ab57d596f . PMID 21352453 .