Propuesta teórica para el análisis topológico de redes ecológicas: en la búsqueda de la resiliencia ecológica

Abstract

El estudio de la resiliencia de los sistemas ecológicos ha ido aumentando su relevancia en el estudio de la ecología, especialmente en un escenario donde a nivel mundial los sistemas naturales deben responder al cambio climático global. Resiliencia es la habilidad de los ecosistemas para resistir frente a perturbaciones sin perder su identidad. Desde una perspectiva de redes complejas, el objetivo de este trabajo es probar si esta propiedad ecosistémica emerge del mapa de interacciones tróficas de una comunidad ecológica, analizando la red trófica de dos lagunas someras, uno de los pocos ejemplos documentados donde la resiliencia es superada, en un fenómeno conocido como "cambios de estado". Para esto, fueron reconstruidas sus redes tróficas para antes y después del cambio de estado- y se utilizaron una serie de medidas topológicas para buscar si alguna medida şe correlacionaba con los diferentes estados, usando datos empíricos, bases de datos en línea y un nuevo enfoque participativo de validación de redes. La hipótesis de este trabajo es que en las diferencias topológicas entre ambos estados está la base sobre la cual construir una medida de resiliencia ecológica. Los resultados muestran diferencias significativas entre ambos estados para las medidas de conectividad, proporción de especies basales y su robustez frente a extinciones secundarias. La resiliencia de las redes ecológicas parece estar relacionada con el patrón general de conexiones de la red trófica y -al mismo tiempo- por las características individuales de algunas especies claves.

The study of resilience in ecological systems has become increasingly relevant for ecological research, especially in a scenario of worldwide ecosystemic response to global climatic change. Resilience refers to the ability of ecosystems to withstand to natural or human-made perturbations without loosing their identity. The goal of this work is to test whether ecosystems' properties, resilience being a particular case, can emerge from the map of trophic interactions of the ecological community. In a complex-networks framework, this work analyzes 2 ecological networks of shallow water lake ecosystems. Shallow lakes are particularly interesting as they represent one of the few documented examples where resilience is surely overcome, as testified by "regime shifts". We reconstruct the ecological networks of these ecosystems, before and after the regime shift, and use a series of topological measures to find whether any measure does correlate with the different states, using empirical data, online databases and a new participatory approach on the validation of the foodwebs. The hypothesis is that, based on the large influence of network topology on ecosystem stability, among these differences we can find a base on which build a measure of ecological resilience. Results show significant differences among states, particularly in the connectivity, the proportion of basal species and their stability again random extinctions. As a conclusion, resilience of ecosystems appears to be related to the general pattern of connections in a food web and, at the same time, by the individual features of some key species.