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Titolo: Reti scale-free

Leggevo sull'ultimo numero de Le Scienze un interessante articolo sulle reti
scale-free.
Pare che in alcuni tipi di reti i contatti fra i nodi non siano distribuiti
secondo una curva a campana, bensě secondo quel che, in un grafico
esponenziale, č una retta.
Il che significa, sostanzialmente, che alcuni nodi (hub) hanno molti piů
contatti di altri, e sono molto piů importanti di altri per la sopravvivenza
della rete.
Ora, io sono convinto da sempre che gli esseri umani dovranno semplificare
drasticamente le ecologie, per un semplice fatto di biomassa. Voglio dire,
noi arriveremo certamente a contare almeno dieci o dodici miliardi di
persone, prima che la popolazione cali, a meno che una qualche catastrofe
non elimini la maggior parte della popolazione fertile. E quindi č sciocco
sperare che si possano conservare gli ecosistemi attuali intatti.
Perciň mi piace moltissimo la considerazione che gli ecosistemi possano
essere visti come reti scale-free, perchč si avrebbero i mezzi per poter
prevedere le conseguenze delle inevitabili semplificazioni, invece che
subirle e basta.
Voglio dire, č l'unico modo di cui abbia mai sentito parlare che permetta di
prevedere le conseguenze dell'eliminazione di un elemento da un ecosistema.
Siccome gli articoli de Le Scienze non riportano mai sviluppi recentissimi,
e visto che nell'articolo in questione non si parla di questo tipo di
ricerche, qualcuno sa se sono state fatte, o se siano in programma?
Ciao Danilo
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Inviato via 
http://usenet.libero.it

 Ciao Danilo
Questo è uno dei temi principali del mio lavoro di dottorato. Un piccolo 
aggiornamento sull'applicazione di questi concetti di fisica statistica 
in ecologia:
- Alcuni sostengono che gli ecosistemi abbiano caratteristiche 
scale-free e small world (piccola distanza tra due nodi qualsiasi) (es. 
Montoya & Solé 2002, J.Theor.Biol.214:405-412)
- Altri sono contrari (Dunne et al. 2002 PNAS 99:12917-12922).
- Comunque esistono nodi di interesse e nodi meno interessanti (Dunne et 
al. 2002 Ecol. Lett. 5:558-567).
Per quello che mi riguarda sottolineo che:
- spesso i legami tra due specie non sono doppi, ma a senso unico, (a 
mangia b, ma da b ad a non c'è flusso) mentre in quasi tutti gli 
articoli sopracitati i legami vengono assunti come "doppi".
- in un lavoro che ho sottomesso a Ecology Letters non più tardi di una 
settimana fa, ho riportato lo studio effettuato da me e il mio tutor su 
13 food web, gentilmente forniteci dalla succitata Jennifer Dunne, in 
cui si dimostra che la rimozione di certi nodi provoca l'estinzione 
secondaria del 40% delle specie dell'ecosistema, mentre la rimozione di 
una specie a caso non porta le estinzioni secondarie a più del 2%. 
Quindi, a parte la polemica scale-free si/scale-free no mi sento di dire 
che cmq. le food web hanno caratteri di tolleranza agli "errori" e 
scarsa resistenza agli "attacchi". Inoltre ti segnalo che Ravasz e 
Barbasi hanno ipotizzato che il comportameto scale-free sia causato 
dalla gerarchia sottesa alle reti, gerarchia che è sicuramente presente 
negli ecosistemi.
Spero di non aver messo troppa carne al fuoco. Nel caso ti interessi 
qualcosa in particolare scrivimi pure anche in privato.
Ciao
Stefano

 qualcosa in particolare scrivimi pure anche in privato.
Ti ringrazio, sei molto gentile. Ma, almeno fino a questo punto, credo sia
un argomento che può interessare anche altri sul NG, quindi direi di
continuare qui.


 Ciao Danilo
Ciao,
Stefano

 grossa approsimazione, vedi il concetto di keystone predator).
Come quando si dice che togliere gli orsi dai fiumi dell'Alaska ha impedito
il trasporto di azoto dal
mare--->salmoni--->orsi--->terra?
MarkIII


 
Stefano

 In questo caso alcune dinamiche importanti vanno perse.
Premetto che non sono uno specialista, quindi mi scuso anticipatamente per
la banalità della domanda.
Da come ho capito io, se prendo in considerazione il flusso di massa ed
energia i rapporti trofici sono unidirezionali, se invece voglio studiare le
influenze sulle dinamiche delle popolazioni e quindi sull'equilibrio
ecologico, i rapporti trofici sono bidirezionali.
Non capisco quali importanti dinamiche possano andare perse considerando
bidirezionali tali rapporti, quindi qualcosa mi dev'essere sfuggito. Cosa?
ciao
-- 
Danilo Giacomelli
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Consiglio della mamma: "mai bere il vermouth chinato in un locale gay".
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Ste

 connessi si comportano in questo modo.
Mi stai dicendo che l'individuazione degli hub è a posteriori? Cioè che si
definisce hub quello che, una volta tolto, causa la disconnessione del
sistema? Se è così, non è molto utile...
Io speravo in un sistema predittivo, che ci potesse dire come trattare gli
ecosistemi. Un qualche modo di identificare gli hub, allo scopo di evitare
di rimuoverli.
Va anche detto, però, che _se_ gli ecosistemi sono reti scale-free, e alcuni
nodi poco connessi si comportano come fossero hub, allora forse non state
prendendo in considerazione le connessioni giuste.
Avrei anche un'altra curiosità, se posso approfittare della tua cortesia.
Per quanto ho capito, se in una rete scale-free, tipo il web, tu rimuovi un
tot di nodi che non siano hub, la rete rimane connessa, e gli hub rimangono
gli stessi.
Io però ho l'impressione (a naso) che se in un ecosistema rimuovi un certo
numero di nodi non-hub, e ricontrolli dopo un po', il sistema si possa
essere assestato in un equilibrio diverso, e gli hub possano essere
cambiati. E' possibile?


 Ste
MarkIII


 
Si, e alcuni ecologi hanno esteso il suo concetto (e.g. Robert Ulanowicz 
con la cosiddetta Lindeman Spine).
http://www.cbl.cees.edu/~ulan/ntwk/network.html
Ste

 
E' verissimo. Tutti questi metodi non basati sulla dinamica di 
popolazione hanno il difetto che sottolineavi. C'è però da dire che in 
un qualsiasi modello di dinamica di popolazione una specie che rimane 
senza "prede" (disconnessa dalla rete) si estingue. Quindi questi 
modelli descrivono il "caso migliore", ossia le estinzioni certe, ma non 
è detto che siano le uniche, né che i livelli di equilibrio rimangano 
invariati.
Una curiosità: sei uno studente di biologia o frequenti il ng per diletto?
Ste

 Una curiosità: sei uno studente di biologia o frequenti il ng per diletto?
Per diletto.
Nella vita reale vendo pavimentazioni in cls.


 Ste
MarkIII


 Ciao Danilo
Stefano

 What's cls??
Calcestruzzo. Masselli in calcestruzzo.


Ripensandoci, sai forse qual'è la gabola? Che, costruendo una rete
unidirezionale, in realtà non hai costruito una rete, bensì un albero.
Sembra una rete, per via che consideri le specie e non gli individui, ma non
sono sicuro che questa sia una semplificazione lecita. Dopotutto, sono gli
individui a mangiare o ad essere mangiati, e non le specie. E, se fai mente
locale, e sostituisci alle specie i singoli individui, ti accorgerai di
avere un albero rovesciato, non una rete.
Ti propongo un esperimento concettuale. Tralasciamo completamente il
mangiare o essere mangiato, e consideriamo solo il contatto fisico, per
qualunque motivo esso avvenga. Se due specie entrano in contatto fisico, per
qualunque ragione ciò accada, allora sono connesse. Aumentiamo o diminuiamo
il valore della connessione in funzione della biomassa della specie in
questione paragonata alla biomassa totale dell'ecosistema. E poi, secondo
questi criteri, costruiamo una rete che rappresenti un ecosistema del quale
si conoscano già gli hub, e vediamo se funziona.
Vabbè, era così per chiacchierare...


 unidirezionale, in realtà non hai costruito una rete, bensì un albero.
Non mi sono spiegato bene: il risultato è un albero di estinzione, ma 
questa struttura è associata a una food web ben definita, solitamente 
costruita con dati sperimentali (contenuto stomacale ecc.). Inoltre sono 
stimate le biomasse e gli scambi tra specie. Per darti un'idea una delle 
reti che ho utilizzato per questo studio contiene + di 200 specie, 
aggregate in 156 trofospecie (vengono messe insieme quelle che hanno lo 
stesso set di "prede" e di "predatori"). I fenomeni di feedback sono 
presenti massicciamente, per esempio la rete di cui sopra contiene 
svariate migliaia di miliardi di cicli.
Per quanto riguarda il fenomeno dell'estinzione secondaria, secondo me 
la parola "estinzione" è fuorviante, sarebbe meglio qualcosa tipo 
"isolamento dai nutrienti", proprio perché questo isolamento porta 
all'estinzione di alcune specie, ma produce una serie di effetti diversi 
che non possono essere valutati nel contesto delle reti di trasporto dei 
nutrienti.
A questo punto uno si potebbe chiedere: perché non fare un bel modello 
differenziale (tipo Lotka-Volterra) di questi ecosistemi, in modo da 
poter valutare tutti gli effetti della rimozione di una specie?
La risposta è anche il motivo della nascita di questa modellistica 
basata sul trasporto dei nutrienti: un sistema lotka-volterra con più di 
4 variabili non è risolvibile analiticamente. Anche con una risoluzione 
numerica non si va molto più in là, a meno di una stima precisissima dei 
paramteri. Purtroppo questi parametri (efficiacia di predazione, 
efficienza metabolica ecc...) sono praticamente impossibili da stimare 
nel caso di più di due-tre variabili. In letteratura solo recentemente 
si è arrivati a 10-12 variabili, ma i risultati sono molto instabili: se 
si cambia di pochissimo un parametro, i risultati cambiano di moltissimo.
Inoltre questi modelli, per fare previsioni efficaci, richiedono che il 
sistema sia in equilibrio stabile (Lyapunov). Purtroppo ormai è chiaro 
che gli ecosistemi non lo sono quasi mai.
Tutti questi problemi hanno concorso alla ricerca di nuove strade, tra 
cui quella che ti descrivevo del trasporto dei nutrienti.
Quindi questo è quello che passa il convento: o modelli eleganti e 
predittivi per sistemi molto piccoli o modelli meno definiti che però 
permettono una descrizione di tutte le dinamiche presenti nell'ecosistema.
Per dovere di cronaca, ma non vorrei complicare troppo il quadro, esiste 
anche una "terza via" rappresentata dai modelli qualitativi. Questi 
modelli sono in tutto e per tutto simili ai modelli lotka volterra, ma 
non richiedono la misura dei parametri (chiedendo solo se l'effetto è 
positivo o negativo). Il problema, anche qui, è che all'aumentare del 
numero di variabili aumetano i problemi. Un classico della modellistica 
qualitativa è la Loop Analysis (Levins-Puccia), su cui io ho fatto la 
tesi di laurea cercando appunto di ovviare ad alcuni problemi legati all 
aumento del numero di variabili. Recentemente alcuni ricercatori della 
Oregon State University hanno sviluppato un altro modo per risolvere il 
problema, risuscitando questa tecnica che rischiava di essere persa nei 
meandri della modellistica ecologica.
Spero di aver chiarito il quadro di riferimento.
Se ti interessa sviluppare uno di questi argomenti ti posso spedire 
articoli ecc....
E' un campo affascinante, e c'è ancora molto da fare, perciò ogni 
contributo è bene accetto.
Ciao e buon ferragosto (io parto sabato e torno fra 10 giorni)
Stefano

 Ciao e buon ferragosto (io parto sabato e torno fra 10 giorni)
Il che mi lascia un po' di tempo per pensare...
Bof, se prima di sabato capisco cosa dovrei capire, posto qui, sennò ci si
sente al tuo ritorno.
Ma non scapparmi, mi interessa davvero.
Ciao, e rosolati nei limiti consentiti dalla tua melanina.
