تنوع الأنواع

يُعرَّف تنوُّع الأنواع بأنه عدد الأنواع المختلفة المُمثَّلة في مجتمع مُعيَّن (مجموعة بيانات). ويُشير العدد الفعلي للأنواع إلى عدد الأنواع المُتساوية في الوفرة اللازمة للحصول على نفس متوسط ​​الوفرة النسبية للأنواع المُلاحظ في مجموعة البيانات محل الاهتمام (حيث قد لا تكون جميع الأنواع مُتساوية في الوفرة). تشمل معاني تنوُّع الأنواع ثراء الأنواع ، والتنوُّع التصنيفي أو الوراثي، و/أو تساوي وفرة الأنواع . ثراء الأنواع هو ببساطة عدد الأنواع. التنوُّع التصنيفي أو الوراثي هو العلاقة الجينية بين مجموعات الأنواع المختلفة. يُحدِّد تساوي وفرة الأنواع مدى تساوي وفرة الأنواع. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

يمكن حساب تنوع الأنواع في مجموعة بيانات عن طريق حساب المتوسط ​​المرجح للنسب المئوية لوفرة الأنواع في مجموعة البيانات، ثم حساب مقلوب هذا المتوسط . المعادلة هي: ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

${\displaystyle {}^{q}\!D={1 \over {\sqrt[{q-1}]{\sum _{i=1}^{S}p_{i}p_{i}^{q-1}}}}}$

المقام يساوي متوسط ​​الوفرة النسبية للأنواع في مجموعة البيانات، كما تم حسابه باستخدام المتوسط ​​العام المرجح ذي الأس q - 1. في المعادلة، S هو العدد الإجمالي للأنواع (ثراء الأنواع) في مجموعة البيانات، والوفرة النسبية للنوع i هي${\displaystyle p_{i}}$تُستخدم الوفرة النسبية نفسها كأوزان. وغالبًا ما تُكتب المعادلة بالشكل المكافئ التالي:

${\displaystyle {}^{q}\!D=\left({\sum _{i=1}^{S}p_{i}^{q}}\right)^{1/(1-q)}}$

تحدد قيمة q نوع المتوسط ​​المستخدم. q = 0 يُقابل المتوسط ​​التوافقي المرجح ، وهو 1/ S لأن${\displaystyle p_{i}}$تتلاشى القيم، مما ينتج عنه أن ⁰ D يساوي عدد الأنواع أو ثراء الأنواع، S. q = 1 غير معرف، باستثناء أن النهاية عندما تقترب q من 1 معرفة جيدًا: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle \lim _{q\rightarrow 1}{}^{q}\!D=\exp \left(-\sum _{i=1}^{S}p_{i}\ln p_{i}\right),}$

وهو الأسي لإنتروبيا شانون .

القيمة q = 2 تُقابل المتوسط ​​الحسابي . وعندما تقترب q من اللانهاية ، يقترب المتوسط ​​المعمم من القيمة القصوى.${\displaystyle p_{i}}$القيمة. عمليًا، يُعدِّل q ترجيح الأنواع، بحيث يؤدي رفع قيمة q إلى زيادة الوزن المُعطى للأنواع الأكثر وفرة، وبالتالي يقل عدد الأنواع المتساوية الوفرة اللازمة للوصول إلى متوسط ​​الوفرة النسبية. ونتيجةً لذلك، تؤدي القيم الكبيرة لـ q إلى تنوع أنواع أقل من القيم الصغيرة لـ q لنفس مجموعة البيانات. إذا كانت جميع الأنواع متساوية الوفرة في مجموعة البيانات، فلن يكون لتغيير قيمة q أي تأثير، ولكن تنوع الأنواع عند أي قيمة لـ q يساوي ثراء الأنواع.

لا تُستخدم القيم السالبة لـ q ، لأن ذلك سيؤدي إلى تجاوز العدد الفعلي للأنواع (التنوع) العدد الفعلي للأنواع (الثراء). وعندما تقترب q من سالب ما لا نهاية، يقترب المتوسط ​​العام من الحد الأدنى.${\displaystyle p_{i}}$القيمة. في العديد من مجموعات البيانات الحقيقية، يُمثَّل النوع الأقل وفرة بفرد واحد، وبالتالي فإن العدد الفعلي للأنواع يساوي عدد الأفراد في مجموعة البيانات. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

يمكن استخدام المعادلة نفسها لحساب التنوع بالنسبة لأي تصنيف، وليس فقط الأنواع. فإذا تم تصنيف الأفراد إلى أجناس أو أنواع وظيفية،${\displaystyle p_{i}}$يمثل الوفرة النسبية للجنس أو النوع الوظيفي رقم i ، و ^q D يساوي تنوع الجنس أو تنوع النوع الوظيفي، على التوالي.

كثيراً ما يستخدم الباحثون القيم التي توفرها مؤشرات التنوع البيولوجي ، أو أكثر ، لتحديد تنوع الأنواع كمياً. وتشمل هذه المؤشرات: ثراء الأنواع ، ومؤشر شانون ، ومؤشر سيمبسون ، ومكمل مؤشر سيمبسون (المعروف أيضاً بمؤشر جيني-سيمبسون). ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

عند تفسير هذه المؤشرات من منظور بيئي، يُشير كل مؤشر منها إلى شيء مختلف، وبالتالي لا يُمكن مقارنة قيمها مباشرةً. يُحدد ثراء الأنواع العدد الفعلي للأنواع وليس العدد الفعلي لها. يُساوي مؤشر شانون log( ^1/ D ) ، أي عندما تقترب قيمة q من 1، ويُحدد عمليًا عدم اليقين في تحديد نوع فرد مُختار عشوائيًا من مجموعة البيانات. يُساوي مؤشر سيمبسون ½D ^، حيث q = 2، ويُحدد احتمال أن يُمثل فردان مُختاران عشوائيًا من مجموعة البيانات (مع إعادة الفرد الأول قبل اختيار الثاني) النوع نفسه. يُساوي مؤشر جيني-سيمبسون 1 - ½D ^، ويُحدد احتمال أن يُمثل الفردان المُختاران عشوائيًا نوعين مختلفين. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ]}

تختلف طرق الحصول على مجموعة البيانات المستخدمة في الحسابات باختلاف أغراض قياس التنوع البيولوجي. ورغم إمكانية حساب التنوع البيولوجي لأي مجموعة بيانات تم فيها تحديد الأفراد على مستوى النوع، فإن التفسيرات البيئية الدقيقة تتطلب أن تكون مجموعة البيانات مناسبة للأسئلة المطروحة. عمليًا، ينصب الاهتمام عادةً على التنوع البيولوجي في مناطق شاسعة يصعب فيها رصد جميع الأفراد وتحديد أنواعهم، بل يجب الحصول على عينة من الأفراد المعنيين. ولا يُعدّ استقراء النتائج من العينة إلى المجموعة السكانية الأصلية محل الاهتمام أمرًا مباشرًا، لأن التنوع البيولوجي في العينة المتاحة يُقلل عادةً من تقدير التنوع البيولوجي في المجموعة السكانية بأكملها. ويؤدي تطبيق طرق أخذ عينات مختلفة إلى رصد مجموعات مختلفة من الأفراد في نفس المنطقة محل الاهتمام، وقد يختلف التنوع البيولوجي في كل مجموعة. وعند إضافة فرد جديد إلى مجموعة البيانات، قد يُدخل نوعًا لم يكن ممثلاً فيها سابقًا. يعتمد مقدار زيادة تنوع الأنواع على قيمة q : فعندما تكون q = 0، يؤدي كل نوع فعلي جديد إلى زيادة تنوع الأنواع بمقدار نوع فعال واحد، ولكن عندما تكون q كبيرة، فإن إضافة نوع نادر إلى مجموعة البيانات يكون له تأثير ضئيل على تنوع الأنواع فيها. ^{[ 9 ]}

بشكل عام، يُتوقع أن تتمتع المجموعات التي تضم أفرادًا كثيرين بتنوع بيولوجي أعلى من المجموعات التي تضم أفرادًا أقل. عند مقارنة قيم التنوع البيولوجي بين المجموعات، يجب توحيد جهود أخذ العينات بطريقة مناسبة لضمان الحصول على نتائج ذات دلالة بيئية. يمكن استخدام أساليب إعادة أخذ العينات لتوحيد عينات ذات أحجام مختلفة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} يمكن الاستعانة بمنحنيات اكتشاف الأنواع وعدد الأنواع التي يمثلها فرد واحد أو عدد قليل من الأفراد للمساعدة في تقدير مدى تمثيل العينة المتاحة للمجتمع الذي سُحبت منه. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

لا يتأثر التنوع الملحوظ للأنواع بعدد الأفراد فحسب، بل أيضاً بتجانس العينة. فإذا تم اختيار الأفراد من ظروف بيئية مختلفة (أو موائل مختلفة )، يُتوقع أن يكون التنوع في المجموعة الناتجة أعلى مما لو تم اختيار جميع الأفراد من بيئة متشابهة. كما أن زيادة مساحة العينة تزيد من التنوع الملحوظ للأنواع، وذلك لأن عدد الأفراد المُدرجين فيها أكبر، ولأن المناطق الكبيرة أكثر تنوعاً بيئياً من المناطق الصغيرة.

• هاريسون، إيان؛ لافيرتي، ميلينا؛ ستيرلينغ، إليانور. "تنوع الأنواع" . كونيكشنز (cnx.org) . مؤسسة ويليام وفلورا هيوليت، ومؤسسة ماكسفيلد، وائتلاف كونيكشنز . تم الاطلاع عليه في 1 فبراير 2011 .(مرخص بموجب رخصة المشاع الإبداعي 1.0 نسب المصنف العامة ).