Zřídka (ekologie) - Rarefaction (ecology)

v ekologie, vzácnost je technika k hodnocení druhová bohatost z výsledků odběru vzorků. Zřídka umožňuje výpočet druhové bohatosti pro daný počet jednotlivých vzorků na základě konstrukce takzvaných řídicích křivek. Tato křivka je grafem počtu druhů jako funkce počtu vzorků. Křivky zředění obecně nejprve rychle rostou, protože se vyskytují nejběžnější druhy, ale křivky jsou plošinové, protože zbývají pouze vzorky nejvzácnějších druhů.^[1]

Problém, ke kterému dochází při odběru vzorků různých druhů v komunitě, spočívá v tom, že čím větší je počet jednotlivců ve vzorku, tím více druhů bude nalezeno. Křivky zředění jsou vytvářeny náhodným opakovaným vzorkováním skupiny N vzorky několikrát a poté vynese průměrný počet druhů nalezených v každém vzorku (1,2, ... N). „Zředění tedy generuje očekávaný počet druhů v malé sbírce n jednotlivci (nebo n vzorky) náhodně odebrané z velké skupiny N Vzorky.".^[2]

Sada křivek zředění ze studie biologie NASA^[3]

Dějiny

Technika ředění byla vyvinuta v roce 1968 Howard Sanders v testu biodiverzity mořských bentických ekosystémů, když hledal model rozmanitosti, který by mu umožnil porovnat údaje o druhové bohatosti mezi soubory s různými velikostmi vzorků; vyvinul křivky zředění jako metodu pro srovnání tvaru křivky spíše než absolutního počtu druhů.^[4]

Po počátečním vývoji, který provedl Sanders, prošla technika riedění řadou revizí. V článku kritizujícím mnoho metod zkoumání biologické rozmanitosti Stuart Hurlbert vylepšil problém, který viděl pomocí Sandersovy metody zředění, že nadhodnocuje počet druhů na základě velikosti vzorku, a pokusil se upřesnit jeho metody.^[5] Problematikou nadhodnocení se zabýval také Daniel Simberloff, zatímco další vylepšení ve zředění jako statistickou techniku ​​provedl Ken Heck v roce 1975.^[6]

Dnes zředění vzrostlo jako technika nejen pro měření druhové rozmanitosti, ale také pochopení rozmanitosti na vyšších taxonomických úrovních. Nejčastěji se počet druhů vzorkuje, aby se předpověděl počet rodů v určité komunitě; podobné techniky byly použity ke stanovení této úrovně rozmanitosti ve studiích několik let předtím, než Sanders kvantifikoval svého jedince na druhové stanovení zředění.^[2] Raritační techniky se používají ke kvantifikaci druhové rozmanitosti nově studovaných ekosystémů, včetně lidských mikrobiomů, a také v aplikovaných studiích v ekologii komunit, jako je porozumění dopadům znečištění na komunity a další aplikace řízení.

Derivace

Odvození vzácnosti:
N = celkový počet položek
K = celkový počet skupin
N_i = počet položek ve skupině i (i = 1, ..., K.).
M_j = počet skupin skládajících se z j prvků

Z těchto definic tedy vyplývá, že:

${ displaystyle sum _ {i = 1} ^ {K} N_ {i} = N}$
${ displaystyle sum _ {j = 1} ^ { infty} M_ {j} = K}$
${ displaystyle sum _ {j = 1} ^ { infty} jM_ {j} = N}$

Ve vzácném vzorku jsme vybrali náhodný dílčí vzorek n z celkového počtu N položky. Relevance vzácného vzorku je v tom, že některé skupiny nyní v tomto podvzorku nemusí nutně chybět. Proto jsme nechali:

${ displaystyle X_ {n} =}$počet skupin stále přítomných v podvzorku položek „n“
Je pravda, že ${ displaystyle X_ {n}}$ je méně než K. kdykoli v tomto podvzorku chybí alespoň jedna skupina.

Proto křivka zředění, ${ displaystyle f_ {n}}$ je definován jako:

${ displaystyle f_ {n} = E [X_ {n}] = K - { binom {N} {n}} ^ {- 1} sum _ {i = 1} ^ {K} { binom {N -N_ {i}} {n}}}$

Z toho vyplývá, že 0 ≤ f (n) ≤ K. Dále, ${ displaystyle f (0) = 0, f (1) = 1, f (N) = K}$. Přestože jsou tyto křivky definovány na diskrétních hodnotách n, jsou nejčastěji zobrazovány jako spojité funkce.^[7]

Správné použití

K odhadu druhové bohatosti jsou nezbytné křivky vzácnosti. Počty syrové druhové bohatosti, které se používají k vytváření akumulačních křivek, lze porovnat pouze tehdy, když druhová bohatost dosáhla jasného asymptota. Křivky vzácnosti vytvářejí hladší čáry, které usnadňují srovnání mezi dvěma body nebo úplná datová sada.

Lze vykreslit počet druhů jako funkci buď počtu jednotlivců ve vzorku, nebo počtu odebraných vzorků. Přístup založený na vzorku zohledňuje patchiness v datech, který je výsledkem přirozené úrovně heterogenity vzorku. Pokud se však k porovnání bohatosti taxonu na srovnatelných úrovních úsilí o odběr vzorků použijí křivky zředění na základě vzorků, měl by se počet taxonů vynést jako funkce kumulovaného počtu jedinců, nikoli kumulovaného počtu vzorků, protože datové sady se mohou systematicky lišit průměrný počet osob na vzorek.

Nelze jednoduše vydělit počet nalezených druhů počtem jednotlivců ve vzorku, aby bylo možné korigovat různé velikosti vzorků. Přitom by se předpokládalo, že počet druhů se lineárně zvyšuje s počtem přítomných jedinců, což není vždy pravda.

Analýza vzácnosti předpokládá, že jednotlivci v prostředí jsou náhodně rozděleni, velikost vzorku je dostatečně velká, že vzorky jsou taxonomicky podobné a že všechny vzorky byly provedeny stejným způsobem. Pokud tyto předpoklady nejsou splněny, budou výsledné křivky velmi zkosené.^[8]

Varování a kritika

Zřídka funguje dobře pouze tehdy, když žádný taxon není extrémně vzácný nebo běžný^{[odkaz nutný]}nebo kdy beta rozmanitost je velmi vysoká. Zřídka se předpokládá, že počet výskytů druhu odráží intenzitu vzorkování, ale pokud je jeden taxon zvláště běžný nebo vzácný, bude počet výskytů souviset s koncem počtu jedinců daného druhu, nikoli s intenzitou vzorkování .

Tato technika nepočítá s konkrétními taxony. Zkoumá počet druhů přítomných v daném vzorku, ale nehledí na to, které druhy jsou ve vzorcích zastoupeny. Dva vzorky, z nichž každý obsahuje 20 druhů, tedy mohou mít zcela odlišné složení, což vede ke zkreslenému odhadu druhové bohatosti.

Tato technika nerozpoznává početnost druhů, pouze druhovou bohatost. Skutečná míra rozmanitosti odpovídá jak počtu přítomných druhů, tak jejich relativní hojnosti.

Vzácnost je nereálná v předpokladu náhodného prostorového rozložení jednotlivců.

Zřídka neposkytuje odhad asymptotické bohatosti, takže na ni nelze zvyknout odvozovat trendy druhové bohatosti ve větších vzorcích.^[9]

Reference

externí odkazy

• Kalkulačka vzácnosti
• Software pro profesionální odezvu EcoSim
• MINULOST (PAlaontologická statistika)