Published March 2, 2018 | Version v1
Publication Open

Architecture of Marine Food Webs: to be or not be a 'small-world'

  • 1. National University of General Sarmiento
  • 2. Centro Científico Tecnológico - San Juan
  • 3. Centro Científico Tecnológico Patagónico

Description

Abstract The search for general properties in network structure has been a central issue for food web studies in recent years. One such property is the small-world topology that combines a high clustering and a small distance between nodes of the network. This property may increase food web resilience but make them more sensitive to the extinction of connected species. Food web theory has been developed principally from freshwater and terrestrial ecosystems, largely omitting marine habitats. If theory needs to be modified to accommodate observations from marine ecosystems, based on major differences in several topological characteristics is still on debate. Here we investigated if the small-world topology is a common structural pattern in marine food webs. We developed a novel, simple and statistically rigorous method to examine the largest set of complex marine food webs to date. More than half of the analyzed marine networks exhibited a similar or lower characteristic path length than the random expectation, whereas 39% of the webs presented a significantly higher clustering than its random counterpart. Our method proved that 5 out of 28 networks fulfilled both features of the small-world topology: short path length and high clustering. This work represents the first rigorous analysis of the small-world topology and its associated features in high-quality marine networks. We conclude that such topology is a structural pattern that is not maximized in marine food webs; thus it is probably not an effective model to study robustness, stability and feasibility of marine ecosystems.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

كان البحث عن الخصائص العامة في بنية الشبكة قضية مركزية لدراسات شبكة الغذاء في السنوات الأخيرة. إحدى هذه الخصائص هي طوبولوجيا العالم الصغير التي تجمع بين التجميع العنقودي العالي والمسافة الصغيرة بين عقد الشبكة. قد تزيد هذه الخاصية من مرونة شبكة الغذاء ولكنها تجعلها أكثر حساسية لانقراض الأنواع المتصلة. تم تطوير نظرية شبكة الغذاء بشكل أساسي من المياه العذبة والنظم الإيكولوجية الأرضية، مع حذف الموائل البحرية إلى حد كبير. إذا كانت النظرية بحاجة إلى تعديل لاستيعاب الملاحظات من النظم الإيكولوجية البحرية، على أساس الاختلافات الرئيسية في العديد من الخصائص الطوبولوجية لا تزال قيد المناقشة. هنا تحققنا مما إذا كانت طوبولوجيا العالم الصغير هي نمط هيكلي شائع في شبكات الأغذية البحرية. طورنا طريقة جديدة وبسيطة ودقيقة إحصائيًا لفحص أكبر مجموعة من شبكات الأغذية البحرية المعقدة حتى الآن. أظهر أكثر من نصف الشبكات البحرية التي تم تحليلها طول مسار مميز مماثل أو أقل من التوقع العشوائي، في حين أن 39 ٪ من الشبكات أظهرت تجمعًا أعلى بكثير من نظيرتها العشوائية. أثبتت طريقتنا أن 5 من أصل 28 شبكة حققت كلتا ميزتي طوبولوجيا العالم الصغير: طول المسار القصير والتكتل العالي. يمثل هذا العمل أول تحليل دقيق لطوبولوجيا العالم الصغير والميزات المرتبطة بها في الشبكات البحرية عالية الجودة. نستنتج أن هذه الطوبولوجيا هي نمط هيكلي لا يتم تعظيمه في شبكات الأغذية البحرية ؛ وبالتالي ربما لا يكون نموذجًا فعالًا لدراسة متانة النظم الإيكولوجية البحرية واستقرارها وجدواها.

Translated Description (French)

Résumé La recherche de propriétés générales dans la structure du réseau a été un problème central pour les études du réseau alimentaire ces dernières années. L'une de ces propriétés est la topologie du petit monde qui combine un clustering élevé et une petite distance entre les nœuds du réseau. Cette propriété peut augmenter la résilience du réseau alimentaire, mais les rendre plus sensibles à l'extinction des espèces connectées. La théorie du réseau trophique a été développée principalement à partir d'écosystèmes d'eau douce et terrestres, en omettant en grande partie les habitats marins. Si la théorie doit être modifiée pour tenir compte des observations des écosystèmes marins, basée sur des différences majeures dans plusieurs caractéristiques topologiques est toujours en débat. Ici, nous avons cherché à savoir si la topologie des petits mondes est un modèle structurel courant dans les réseaux trophiques marins. Nous avons développé une méthode nouvelle, simple et statistiquement rigoureuse pour examiner le plus grand ensemble de réseaux trophiques marins complexes à ce jour. Plus de la moitié des réseaux marins analysés présentaient une longueur de chemin caractéristique similaire ou inférieure à l'attente aléatoire, tandis que 39 % des réseaux présentaient un regroupement significativement plus élevé que son homologue aléatoire. Notre méthode a prouvé que 5 réseaux sur 28 remplissaient les deux caractéristiques de la topologie du petit monde : longueur de chemin courte et clustering élevé. Ce travail représente la première analyse rigoureuse de la topologie du petit monde et de ses caractéristiques associées dans des réseaux marins de haute qualité. Nous concluons qu'une telle topologie est un modèle structurel qui n'est pas maximisé dans les réseaux trophiques marins ; ce n'est donc probablement pas un modèle efficace pour étudier la robustesse, la stabilité et la faisabilité des écosystèmes marins.

Translated Description (Spanish)

Resumen La búsqueda de propiedades generales en la estructura de la red ha sido un tema central para los estudios de la red alimentaria en los últimos años. Una de estas propiedades es la topología de mundo pequeño que combina una alta agrupación y una pequeña distancia entre los nodos de la red. Esta propiedad puede aumentar la resiliencia de la red alimentaria, pero hacerla más sensible a la extinción de especies conectadas. La teoría de la red alimentaria se ha desarrollado principalmente a partir de ecosistemas de agua dulce y terrestres, omitiendo en gran medida los hábitats marinos. Si es necesario modificar la teoría para dar cabida a las observaciones de los ecosistemas marinos, todavía se está debatiendo sobre la base de las principales diferencias en varias características topológicas. Aquí investigamos si la topología del mundo pequeño es un patrón estructural común en las redes tróficas marinas. Desarrollamos un método novedoso, simple y estadísticamente riguroso para examinar el mayor conjunto de redes tróficas marinas complejas hasta la fecha. Más de la mitad de las redes marinas analizadas exhibieron una longitud de trayectoria característica similar o inferior a la expectativa aleatoria, mientras que el 39% de las redes presentaron un agrupamiento significativamente mayor que su contraparte aleatoria. Nuestro método demostró que 5 de las 28 redes cumplían ambas características de la topología de mundo pequeño: longitud de ruta corta y alta agrupación. Este trabajo representa el primer análisis riguroso de la topología de los pequeños mundos y sus características asociadas en redes marinas de alta calidad. Concluimos que dicha topología es un patrón estructural que no se maximiza en las redes alimentarias marinas; por lo tanto, probablemente no sea un modelo efectivo para estudiar la robustez, estabilidad y viabilidad de los ecosistemas marinos.

Files

274415.full.pdf.pdf

Files (281.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9853149a976cace53bea703720f437bb
281.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
هندسة المواقع الإلكترونية للأغذية البحرية: أن تكون أو لا تكون "عالمًا صغيرًا"
Translated title (French)
Architecture des réseaux alimentaires marins : être ou ne pas être un « petit monde »
Translated title (Spanish)
Arquitectura de las redes alimentarias marinas: ser o no ser un "mundo pequeño"

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2796387372
DOI
10.1101/274415

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1789296064
  • https://openalex.org/W1968589214
  • https://openalex.org/W1972106549
  • https://openalex.org/W1975998971
  • https://openalex.org/W1978795033
  • https://openalex.org/W1981272107
  • https://openalex.org/W1985381446
  • https://openalex.org/W1987286404
  • https://openalex.org/W1988593567
  • https://openalex.org/W1988792160
  • https://openalex.org/W1994801733
  • https://openalex.org/W2000955259
  • https://openalex.org/W2002470750
  • https://openalex.org/W2004158126
  • https://openalex.org/W2007263482
  • https://openalex.org/W2017967162
  • https://openalex.org/W2026040890
  • https://openalex.org/W2045624461
  • https://openalex.org/W2049546703
  • https://openalex.org/W2053068879
  • https://openalex.org/W2055082313
  • https://openalex.org/W2063603932
  • https://openalex.org/W2067351853
  • https://openalex.org/W2067703482
  • https://openalex.org/W2070190874
  • https://openalex.org/W2079032822
  • https://openalex.org/W2080549750
  • https://openalex.org/W2081201855
  • https://openalex.org/W2082119996
  • https://openalex.org/W2097186933
  • https://openalex.org/W2098848300
  • https://openalex.org/W2103793875
  • https://openalex.org/W2104085672
  • https://openalex.org/W2107375837
  • https://openalex.org/W2112090702
  • https://openalex.org/W2117495845
  • https://openalex.org/W2120665364
  • https://openalex.org/W2124637492
  • https://openalex.org/W2125651878
  • https://openalex.org/W2130070665
  • https://openalex.org/W2141725362
  • https://openalex.org/W2147680303
  • https://openalex.org/W2147807123
  • https://openalex.org/W2148606196
  • https://openalex.org/W2151402778
  • https://openalex.org/W2164727176
  • https://openalex.org/W2165927934
  • https://openalex.org/W2274268873
  • https://openalex.org/W2292143613
  • https://openalex.org/W2301624325
  • https://openalex.org/W2436468129
  • https://openalex.org/W2494687501
  • https://openalex.org/W2500177852
  • https://openalex.org/W2565821141
  • https://openalex.org/W2575490514
  • https://openalex.org/W2616784727
  • https://openalex.org/W2735861106
  • https://openalex.org/W2950193569
  • https://openalex.org/W3103071483
  • https://openalex.org/W390146837
  • https://openalex.org/W4238494103