Structural Emergence in Mutualistic Networks
Date
2016-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Mutualistic interactions are vital in sustaining species, maintaining the functions
and services of the ecosystem. Network structures such as nestedness
and modularity have being reported to emerge as a result of the mutualistic
interactions. Although these structures have being found to have effect in the
stability of mutualistic communities, mechanisms that lead to the emergence
of these structures are not fully understood. From the observed pollination
data of 10 Galápagos Islands, we use a modified Lotka-Voltera model of mutualism
that incorporates species competition, functional responses and adaptive
rewiring (Adaptive Interaction Switching [AIS] model) to predict the observed
network structures. From the AIS model, almost 40% variation of the observed
nestedness and more than 50% variation of the observed modularity was explained.
Furthermore, using a Generalized Linear Model (GLM), the effect of
environmental variables such as geographic factors (island area, isolation, age
and maximum elevation) and anthropogenic factors (sampling effort and human
population size) were considered together with the AIS model. The GLM
can account for more than 78% variation of the observed nestedness and more
than 85% of the observed modularity, with island area, isolation, sampling
effort and human population size the most important variables, contributing
significantly to the observed network structures. Therefore, pollination networks
on Galápagos Islands are structured. The AIS model implemented can
explain an appreciable level of network structure. Together with environmental variables, the results echo the importance of island area and isolation (as of
island biogeography), human disturbance, sampling effort, as well as the adaptive
rewiring (ecological fitting), as a candidate model for mutualistic network
emergence.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Mutualistiese interaksie is noodsaaklik vir die handhawing van spesies en die onderhoud van funksies en dienste van die ekosisteem. Netwerkstrukture soos genestheid en modulariteit is al berig om as 'n resultaat van sulke mutualistiese interaksies na vore te kom. Alhoewel hierdie strukture bevind is om 'n effek te hê op die stabiliteit van mutualistiese gemeenskappe, word meganismes wat lei tot die opkoms van hierdie strukture nog nie goed verstaan nie. Deur 10 bestuiwingsdata van die Galápagos-eilande the gebruik, het ons 'n aangepaste Lotka-Volterra model van mutualisme gebruik wat kompetisie tussen spesies, funksionele reaksies en aanpasbare herbedrading [rewiring] (Adaptive Interactive Switching [AIS] model) inkorporeer om die waargenome netwerkstrukture te voorspel. Uit die AIS model is byna 40% variasie van die waargenome genstheid en meer as 50% variasie van die waargenome modulariteit verduidelik. Verder, deur 'n Veralgemeende lineêre model (of GLM vir Generalized Linear Model) te gebruik, is die effek van geografiese faktore (eilandoppervlakte, isolasie, ouderdom en maksimum hoogte bo seespieël) en antropogeniese faktore (poging tot steekproefneming en menslike bevolkingsgrootte) saam met die AIS model in ag geneem. Die GLM kan tot 78% variasie van die waargenome genestheid en meer as 85% van die waargenome modulariteit verduidelik, met eliandoppervlakte, isolasie, poging tot steekproefneming en menslike bevolkingsgrootte die belangrikste veranderlikes wat aansienlik bydrae tot die waargenome netwerkstrukture. Daarom is netwerke op die Galápagos-eilande gestruktureerd. Die AIS model wat ons geïmplememteer het, kan 'n aansienlike vlak van netwerkstrukture verduidelik. Saam met omgewingsveranderlikes weerspieël die bevindings die belang van eilandoppervlakte en isolasie (soos van eiland biogeografie), menslike versteuring, poging tot steekproefneming sowel as aanpasbare herbedrading (ekologiese passing) as 'n kandidaatmodel vir mutualistiese netwerkopkoms.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Mutualistiese interaksie is noodsaaklik vir die handhawing van spesies en die onderhoud van funksies en dienste van die ekosisteem. Netwerkstrukture soos genestheid en modulariteit is al berig om as 'n resultaat van sulke mutualistiese interaksies na vore te kom. Alhoewel hierdie strukture bevind is om 'n effek te hê op die stabiliteit van mutualistiese gemeenskappe, word meganismes wat lei tot die opkoms van hierdie strukture nog nie goed verstaan nie. Deur 10 bestuiwingsdata van die Galápagos-eilande the gebruik, het ons 'n aangepaste Lotka-Volterra model van mutualisme gebruik wat kompetisie tussen spesies, funksionele reaksies en aanpasbare herbedrading [rewiring] (Adaptive Interactive Switching [AIS] model) inkorporeer om die waargenome netwerkstrukture te voorspel. Uit die AIS model is byna 40% variasie van die waargenome genstheid en meer as 50% variasie van die waargenome modulariteit verduidelik. Verder, deur 'n Veralgemeende lineêre model (of GLM vir Generalized Linear Model) te gebruik, is die effek van geografiese faktore (eilandoppervlakte, isolasie, ouderdom en maksimum hoogte bo seespieël) en antropogeniese faktore (poging tot steekproefneming en menslike bevolkingsgrootte) saam met die AIS model in ag geneem. Die GLM kan tot 78% variasie van die waargenome genestheid en meer as 85% van die waargenome modulariteit verduidelik, met eliandoppervlakte, isolasie, poging tot steekproefneming en menslike bevolkingsgrootte die belangrikste veranderlikes wat aansienlik bydrae tot die waargenome netwerkstrukture. Daarom is netwerke op die Galápagos-eilande gestruktureerd. Die AIS model wat ons geïmplememteer het, kan 'n aansienlike vlak van netwerkstrukture verduidelik. Saam met omgewingsveranderlikes weerspieël die bevindings die belang van eilandoppervlakte en isolasie (soos van eiland biogeografie), menslike versteuring, poging tot steekproefneming sowel as aanpasbare herbedrading (ekologiese passing) as 'n kandidaatmodel vir mutualistiese netwerkopkoms.
Description
An article based on this thesis is available at https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/oik.06053
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2016.
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2016.
Keywords
Mutualism (Biology) -- Mathematical models, System theory, Pollination -- Mathematical models, Biogeography -- Galapagos Islands, Nestedness, Modules (Algbra), UCTD