Nature 历年网络科学文集:社区与韧性-集智俱乐部

导语

集智编译组汇总了近年来Nature及其子刊发表的网络科学相关论文,内容包括使用网络科学来研究生物学、生态学、社交、金融、气候等方面的稳定性等方面。本文是推荐汇总系列的第四篇,主要关注社区与韧性(community,resilience)。


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1.生物网络中寻找模块化结构的综合方法

原题:Integrative approaches for finding modular structure in biological networks
类型:Review Article
时间:2013年9月18日
期刊:Nature Reviews Genetics
作者:Koyel Mitra, Anne-Ruxandra Carvunis …Trey Ideker
网址:https://www.nature.com/articles/nrg3552

评价:最近的组学数据激增,需要一个集成系统生物信息学方法的工具箱来阐明分子之间的功能关系。在这篇文章中,作者解释了这些方法的原理并讨论了它们的应用。

摘要:系统生物学的主要目标是阐明细胞的结构和功能结构。为此,正在迅速为人类和模式生物(model organisms)生成一种大型而又复杂的分子相互作用网络。最近生物信息学研究的重点是将这些具有不同的分子谱的网络相互集成,以识别出参与共同的生物学功能(即“模块”)的分子集及其相互作用。在这里,我们将这种整合方法分为四大类,来描述其生物信息学原理并论述其应用。

2.集合群落水平上的物种丰富网络和生态进化综合

原题:Species-rich networks and eco-evolutionary synthesis at the metacommunity level
类型:Perspective
时间:2017年1月24日
期刊:Nature Ecology & Evolution volume
作者:Hirokazu Toju, Masato Yamamichi … John N. Thompson
网址:https://www.nature.com/articles/s41559-016-0024

评价:当前对生态进化反馈的理解主要基于小规模的简单系统。在本篇文章中,作者基于集合群落规模,在物种丰富网络中搭建了一个研究时空动态的框架。

摘要:在全球生态系统退化的时代,了解生态和进化过程(ecological and evolutionary processes)如何相互依赖地构成生物圈动力学是一个重大挑战。但是,我们对“生态进化反馈”的了解很大程度上来自于空间规模有限且涉及物种数量很少情况下简单系统的发现。在这里,我们回顾了最近的概念发展,以了解多物种共进化过程,并讨论新的概念和方法将如何促进生态学和进化生物学的融合。为了建立一个研究工作流程以结合对物种丰富系统时空动力学的洞察,我们重点研究“集合群落中心”(metacommunity hub)物种的作用,其种群规模和/或遗传动力学可能控制景观或区域尺度的现象。随着各种宿主-共生体,猎物-捕食者和共生体-共生体相互作用的高通量测序可获得大量网络数据,我们认为现在为物种丰富的生态系统建立综合理解和管理的基础是可行的。

3.随机生态系统中大量物种的共存

原题:Coexistence of many species in random ecosystems
类型:Article
时间:2018 年 7 月 9 日
期刊:Nature Ecology & Evolution
作者:Carlos A. Serván, José A. Capitán ⋯ Stefano Allesina
网址:https://www.nature.com/articles/s41559-018-0603-6

评价:通过分析随机相互作用的物种模型,作者认为可以在网络结构影响较小的情况下实现稳定的生物多样性社区。

摘要:丰富的生态系统中有成千上万的物种在错综复杂的网络中相互作用,这些相互作用现象包括捕食,互利共赢和竞争。如此广泛的生物多样性令人困惑,因为在生态模型中,对于大型社区来说,稳定的共存是极不可能的。但是,在这些模型中很少考虑的一个方面是,自然社区中共存的物种是更大种群中被选择的一部分,它们已经经历了种群动态的考验。在这里,我们从随机地能够相互作用的物种群中开始计算可共存物种的数量分布,并发现即使在这种情况下,我们也可以观察到丰富又稳定的群落。有趣的是,我们的结果表明,只要满足稳定条件,网络结构对所达到的生物多样性水平的影响就很小。我们的结果确定了造成自然社区广泛共存的主要驱动因素,这样为确定哪些结构方面会促进或阻碍经验社区的共存提供了基准。

4.生态群落的模块化与稳定性

原题:Modularity and stability in ecological communities
类型:Article
时间:2016年6月23日
期刊:Nature Communications
作者:Jacopo Grilli, Tim Rogers & Stefano Allesina
网址:https://www.nature.com/articles/ncomms12031

评价:食物网中的模块化可能是由于交互作用中的空间和时间不匹配所致。在这里,Jacopo Grilli,Tim Rogers和Stefano Allesina认为,与预期相反,模块化通常无助于稳定生态群落。

摘要:由异质的密集连接的子系统组成的网络称为模块化(modular)。在生态学中假定物种相互作用的模块化组织也将有益于群落的动态稳定性,也有多种多样的证据来支撑这一假设。在这里,我们通过在随机矩阵理论中提出新的结果来研究模块化对生态动力学系统局部稳定性的影响,这些结果是使用空腔法(cavity method)的四元数参数化获得的。结果表明,模块化可以对特定的参数选择具有适度的稳定作用,而反模块化则会极大地破坏生态网络的稳定性。

5.狩猎-采集网络的特征及其对累积文化的影响

原题:Characterization of hunter-gatherer networks and implications for cumulative culture
类型:Letter
时间:2017 年 2 月 8 日
期刊:Nature Human Behaviour
作者:A. B. Migliano, A. E. Page ⋯ L. Vinicius
网址:https://www.nature.com/articles/s41562-016-0043

评价:Migliano等人通过开发无线传感器来跟踪刚果共和国和菲律宾的狩猎采集者之间的社会互动,并发现将不相关的家庭联系在一起的牢固友谊纽带会产生更有效的社交网络。

摘要:在现代社会中,社交网络是高度结构化的,通常涉及与少数无关的“朋友”之间的频繁联系。然而,在传统的小规模社会中,特别是狩猎-采集社会中,触点网络结构的特征很不明显。我们开发了一种便携式无线传感技术(motes)来详细研究Agta和BaYaka狩猎-采集者之间的营地内邻近网络。我们发现,狩猎采集型社会网络显示出潜在信息交换效率提高的迹象。网络效率的提高是通过在非亲属朋友之间建立一些紧密联系来实现的。我们发现,与非亲属的互动出现在儿童时期,为早期家庭以外的合作和文化交流创造了机会。我们还发现,在预测个体共享知识的水平方面,牢固的友谊关系比家庭关系更重要。我们假设,累积的文化中已有的有效传播可能已经塑造了人类社会网络,并促使我们倾向于将网络扩展到亲属以外,形成强大的非亲属关系。

6.社交网络中的单相性引入了朋友之间的相似性

原题:Monophily in social networks introduces similarity among friends-of-friends
类型:Letter
时间:2018 年 3 月 19 日
期刊:Nature Human Behaviour
作者:Kristen M. Altenburger & Johan Ugander
网址:https://www.nature.com/articles/s41562-018-0321-8

评价:Altenburger和Ugander发现了社会网络中属性偏好的单相性或过度分散,并表明它可以用来预测关于个人的其他隐藏属性信息。

摘要:社交网络的一个显著特征是,人们倾向于与自己相似的人成为朋友,这通常被称为同质性(homophily)。虽然同质性描述了相似的人在属性偏好的偏见,但它对可变性的关注有限。在这里,我们观察到特性首选项的变化超出了同质性所能解释的范围。我们称这种过度变异为单相性的,以描述个体对可能的与他们自身属性无关的特定属性的极端偏好的存在。我们观察到,单相性可以在朋友之间产生相似性,而无需朋友之间的相似性。为了在合成网络中模拟同质性和单相性,我们提出了经典随机块模型的过度分散扩展。我们使用此模型来说明基于朋友之间(即,'the company you keep’)的预测社交网络属性的同质性方法和基于朋友之友(即,the company you’re kept in'的)的单相性方法是完全不同的。我们尤其关注在实践中同质性可能很弱或不存在的性别属性的预测。这些发现为网络结构和预测提供了另一种视角,使本已很困难的保护社交网络隐私的任务变得更加复杂。

7.美国气候政策网络中回音室现象的实证研究

原题:An empirical examination of echo chambers in US climate policy networks
类型:Article
时间:2015 年 5 月 25 日
期刊:Nature Climate Change
作者:Lorien Jasny, Joseph Waggle & Dana R. Fisher
网址:https://www.nature.com/articles/nclimate2666

评价:美国国会对气候变化辩论的实证分析表明,政策制定者最有可能寻求专家证实他们现有的观点。然后,这些信息会在回音室里志同道合的人之间传播。

摘要:人们采用了各种不同的方法来理解为什么科学这一因素仍然在气候政策领域内争论不休。许多研究提出了回音室(echo chamber)的概念,以模拟和解释信息在一系列社会环境中的流动,发现意识形态相似的政治传播者之间存在不成比例的联系。本文以这些发现为基础,提供了一个更为正式的回音室组件的操作化。然后,我们使用来源于曾参与美国气候政治争议问题的政治精英社区收集的调查数据,对它们的效用进行了实证检验。我们的调查期恰逢美国气候政策历史上最活跃也是最有争议的时期,当时二氧化碳进行规范排放的立法已在众议院获得通过,并正在参议院进行审议。我们使用指数随机图(ERG)模型来证明信息的同质性(回波)和多路径信息传输(腔室)在政策沟通中起着重要的作用。我们证明了这些要素的交集在气候政策网络中创造了回音室。这些结果产生了一些关于气候政治以及在普遍的精英阶层中科学传播和政策制定之间关系的重要结论。

8.生态系统的修复增强了授粉网络的恢复力和功能

原题:Ecosystem restoration strengthens pollination network resilience and function
类型:Letter
时间:2017 年 1 月 30 日
期刊:Nature
作者:Christopher N. Kaiser-Bunbury, James Mougal ⋯ Nico Blüthgen
网址:https://www.nature.com/articles/nature21071

评价: 人类活动往往会对生物多样性和生态系统功能产生破坏性的影响,但有针对性的对生态群落进行调控能否成功地缓解和逆转这些影响,则是一个备受争议的话题。在这里,Christopher Kaiser-Bunbury等人评估了一种恢复形式,即去除所有外来植物物种对塞舌尔山顶群落中植物传粉者网络结构和功能的影响。植被修复使传粉昆虫的种类和传粉昆虫访花的数量显著的增加。传粉者相互作用的多样性也在增加,重要的是,水果作物和本地植物的授粉活动也在增加。研究结果表明,在这种授粉的情况下,生态系统功能的退化至少是部分可逆的。

摘要:土地退化导致全球生物多样性的减少和生态系统功能的破坏,特别是在热带地区。植被的修复是减轻这些影响的常用手段,其目的越来越多地是趋向恢复生态系统功能,而不是恢复物种多样性。但另一方面,从群落实验中得出的关于恢复措施对生态系统功能具有影响的证据很少。授粉是重要的生态系统功能,全球授粉者的减少削弱了自然区域和农业环境应对干扰的抵抗力。因此,授粉功能抵抗或从干扰中恢复的能力(即功能弹性)可能是确保恢复过程成功的关键。在这里,我们报告了使用群落野外实验来调查植被恢复(特别去除了外来灌木)对授粉的影响。我们分析了64种植物-授粉网络,以及10个最丰富的植物物种在4个恢复的和4个未恢复且受干扰的山顶群落的繁殖能力。生态系统的恢复使传粉昆虫的种类、访花次数和相互作用的多样性显著增加。与未恢复的网络相比,恢复状态下网络中的交互作用更为普遍,这表明恢复后的群落具有更高程度的功能冗余。交互作用模式的转变对授粉有直接和积极的影响,特别是对本地植物的相关产量和总产量。传粉昆虫的限制只存在于未修复的地方,在这些地方,随着授粉昆虫的造访,开花结果的比例增加,接近已修复植物群落的较高水平。结果表明,植被恢复可以改善授粉,说明生态系统功能退化至少是部分可逆的。恢复的程度可能取决于恢复干预前的退化状态和周围景观中接近授粉源种群的情况。我们证明了网络结构是衡量授粉质量的合适指标,强调了交互网络在环境管理中的作用。

9.自我调节和大型生态网络的稳定性

原题:Self-regulation and the stability of large ecological networks
类型:Article
时间:2017 年 10 月 23 日
期刊:Nature Ecology & Evolution
作者:György Barabás, Matthew J. Michalska-Smith & Stefano Allesina
网址:https://www.nature.com/articles/s41559-017-0357-6

评价:生态网络的稳定性取决于种内和种间的相互作用。在此,作者表明,种内自我调节是经验和理论网络稳定的必要特征。

摘要:复杂生态网络的稳定性既取决于物种之间的相互作用,也取决于物种对自身的直接影响。当物种丰富度的增加降低了其人均增长率时,这些自我影响被称为“自我调节”。自我调节的来源包括种内干扰、同类相食、消费者和其资源之间的时标分离、空间异质性以及使捕食者与其猎物耦合的非线性功能响应。自我调节对网络稳定性的影响这一现象已经进行了研究,此外,自我影响的经验估计也遇到了巨大的挑战。在这里,我们认为,除非大多数物种显示出强大的自我调节能力,否则无法来稳定经验性食物网结构。我们还推导出了一个预测自调节对网络稳定性影响的解析式,该解析式具有较高的精度,并且证明了即使对于随机网络和具有级联结构的网络,大部分物种的稳定性都需要负面的自调节效应。这些结果表明,上述潜在的自我调节机制可能比之前认为的更重要,有助于观察到的生态网络的稳定性研究。

10.大型生态群落的可行性与共存性

原题:Feasibility and coexistence of large ecological communities
类型:Article
时间:2017 年 2 月 24 日
期刊:Nature Communications
作者:Jacopo Grilli, Matteo Adorisio ⋯ Amos Maritan
网址:https://www.nature.com/articles/ncomms14389

评价:理论生态学的一个核心问题是,不同物种如何在群落中共存,而这种共存又如何依赖于网络特性。在这里,Grilliet等对经验网络的可行共存程度进行了量化,表明自给网络的可行共存程度小于互惠网络。

摘要:种间相互作用可控制生态系统的稳定性及其生物多样性之间的相互作用,但这方面仍然没有得到很好地了解。生态群落在物种丰度发生小扰动(局部渐近稳定)后其自身恢复的能力已经得到了很好的研究,而当条件变化(结构稳定)时,群落持续存在的可能性却很少受到关注。我们的目标是了解多样性、相互作用强度和生态网络结构对导致可行平衡的参数空间量的影响。我们开发了一个几何框架来研究可行共存条件的范围。我们证明了可行性是由描述相互作用的几个量决定的,从而得到了一个非平常的复杂-可行性关系。通过对100多个经验网络的分析,我们发现互惠系统中共存条件的范围是可以分析预测的。最后,我们描述了可行性域的几何形状,从而确定了更可能导致灭绝的扰动方向。

11.使用水流-反冲动力学量化周期性生态系统扰动的弹力

原题:Quantifying resilience to recurrent ecosystem disturbances using flow–kick dynamics
类型:Article
时间:2018 年 11 月 13 日
期刊:Nature Sustainability
作者:Katherine Meyer, Alanna Hoyer-Leitzel ⋯ Mary Lou Zeeman
网址:https://www.nature.com/articles/s41893-018-0168-z

评价:可持续性取决于自然、社会和工程系统所具有的弹性。这项理论研究量化了重复扰动的弹性,综合了对冲击或“撞击”、恢复或“流动”的程度如何有助于系统处于理想状态的理解。

摘要:由于气候变化(例如,暴风雨,干旱和野火)或直接的人为干扰(例如,收成和养分承载)所引起的生态系统扰动模式的改变,其突出了量化和加强所期望的生态制度弹力的重要性。尽管现有的度量标准可以捕获对孤立冲击、渐进的参数变化和持续的噪声的弹力,但对重复的、离散的干扰事件的弹力进行量化则需要不同的分析工具。在这里,我们介绍了一个水流-反冲(flow–kick)框架,它使用动力系统工具来明确地根据其大小和频率来量化对扰动的弹力。我们确定了各扰动区之间的边界,扰动区会导致引力盆地的逃逸或者盆地内部的自我稳定。我们使用边界来定义针对重复,离散扰动定制的弹性指标。水流-反冲模型表明,距离-阈值弹性度量高估了在重复扰动环境下的弹性。它还揭示了导致政权转移的反常的触发因素。这些因素包括与扰动幅度的增加成比例增加的扰动事件之间的时间间隔,以及在具有多个动态变量的系统中,增加恒定幅度扰动之间的时间间隔。

12.包含互惠-对抗连续体的网络结构可增强社区的鲁棒性

原题:Network structure embracing mutualism–antagonism continuums increases community robustness
类型:Article
时间:2017 年 10 月 2 日
期刊:Nature Ecology & Evolution
作者:Alicia Montesinos-Navarro, Fernando Hiraldo ⋯ Guillermo Blanco
网址:https://www.nature.com/articles/s41559-017-0320-6

评价:生态交互网络可能处于互惠与对抗的连续体上。在这里,作者表明,当考虑到鹦鹉对植物的有益和有害影响时,群落的鲁棒性就会增强。

摘要:理论上预测到,通过对比互惠网络和对抗网络的特性,可以提高群落对物种丧失的恢复力。然而,大多数生态交互作用的结果处置于互惠和对抗之间的连续体,我们忽略了这种交互作用的连续体对群落稳定性的影响程度。通过大量的交互作用数据,我们分别在考虑或者是忽略了鹦鹉对植物有益和有害混合作用的情况下比较了灭绝性级联。当考虑对抗-互惠连续体时,出现了能分别增强生态网络中群落稳定性的各种特性的组合。这些特性的组合使得鹦鹉群落面对植物物种丧失时鲁棒性整体增强。我们的研究结果强调,交互作用的条件结果会影响生态网络的结构,从而影响我们对群落稳定性的预测。

13.交互网络的波动性与天然鱼类群落的时变稳定性

原题:Fluctuating interaction network and time-varying stability of a natural fish community
类型:Letter
时间:2018 年 2 月 7 日
期刊:Nature
作者:Masayuki Ushio, Chih-hao Hsieh ⋯ Michio Kondoh
网址:https://www.nature.com/articles/nature25504

评价:生态学理论认为,生态系统的稳定性(即一个生态系统经受扰动的能力)受到不同物种之间交互作用变化的影响。Masayuki Ushio及其同事使用了日本舞鹤湾一个海洋鱼类群落的为期12年的观察数据集,研究种间交互作用的波动与群落稳定性之间的联系。他们发现,交互作用网络的短期变化影响整个群落的动态,弱相互作用和较丰富的物种多样性促进了群落的稳定性。

摘要:生态学理论表明,诸如群落稳定性之类的大规模模式可能会受到种间交互作用变化的影响,这种变化是个体物种的行为和/或生理反应随时间变化而产生的。尽管该理论具有实验支持,但是仍缺乏来自自然生态系统的证据,因为追踪种间交互作用的快速变化(已知发生的时间尺度比上一代时间短得多)以及确定这种变化对大规模群落动态的影响是个挑战。在这里,使用分析非线性时间序列的工具,同时采用对日本舞鹤湾的天然海洋鱼类群落的每两周收集一次的长达12年的观测数据集,研究表明交互网络的短期变化会影响整体群落动态。在15种优势物种中,我们确定了14种种间交互作用以构建动态交互作用网络。我们发现,互动的强度,甚至类型,都会随着时间而改变; 针对非平衡非线性系统中的吸引子动力学 我们还开发了基于局部李雅普诺夫稳定性(Lyapunov stability)的时变稳定性测度。我们利用这一动态稳定性测度来检验时变交互网络与社区稳定性之间的联系。我们发现该鱼类群落动态稳定的季节性模式广泛支持当前生态理论的预期。具体来说,夏季弱相互作用和较高物种多样性的优势与较高的动态稳定性和较小的种群波动有关。我们认为,种间相互作用、群落网络结构和群落稳定性是动态特性,并且将波动的交互网络与群落级动态特性联系起来是理解自然界生态群落维持的关键。

14.进化动态网络中合作的崩塌与恢复

原题:Collapse and rescue of cooperation in evolving dynamic networks
类型:Article
时间:2018 年 7 月 12 日
期刊:Nature Communications
作者:Erol Akçay
网址:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05130-7

评价:合作的发展取决于社会结构,而社会结构可能会随之发展。在这里,Akçay对合作与社交网络形成策略之间的协同进化进行了模型化研究,结果表明,除非受到社交关系成本的约束,否则协同进化的反馈会导致合作崩溃。

摘要:社会特征的进化动力学在很大程度上取决于一个种群的社会结构。社会结构对社会行为的影响已经得到了很好的研究,但是关于社会结构本身如何与社会特征协同进化的研究却相对较少。在这里,我用一个简单而现实的群内社会结构模型来研究这种协同进化,在这个模型中,社会联系要么是从父母那里继承来的,要么是随机产生的。我的研究表明,当个体很少建立随机联系时,合作就会发生,但合作的存在会导致随机联系的比率增加,从而导致合作的崩溃。社会关系的固有成本可以防止这种负面反馈,但这些成本可以抵消合作的部分又或是全部收益。外来维持的社会继承可以减轻后一个问题的程度,并允许用合作来增加一个群体的平均适应度。这些结果说明了协同进化动力学如何制约合作的长期持久性。

15.朋友离世后社交网络的联系恢复

原题:Connective recovery in social networks after the death of a friend
类型:Letter
时间:2017 年 4 月 24 日
期刊:Nature Human Behaviour
作者:William R. Hobbs & Moira K. Burke
网址:https://www.nature.com/articles/s41562-017-0092

评价:在对1.5万个Facebook网络的分析中,Hobbs和Burke发现,在线社交网络对个人死亡具有弹性表征,在失去朋友后,朋友之间的互动增加,而这种互动在多年后仍保持稳定。

摘要:大多数人的亲密朋友很少,所以在朋友去世后可能会感到孤独。社交网络是否能够弥合失去朋友之后所产生的孤寂?我们对社交网络中的自我修复和恢复力进行了这样的研究。我们比较了在大约15000个Facebook网络中,已经死亡的人与活着的Facebook用户的类似的朋友网络的每月交互却未识别的累计计数。正如预期的那样,大量的社交活动随着朋友的离世而消失。然而,死者的朋友会立即增加彼此之间的互动,并在朋友离世后的几年里保持这些互动。通过这种方式,社交网络大致恢复了以前丢失的活跃的连接数量。死者亲密朋友之间的互动在死者死后立即达到高峰,一年后达到稳定水平。死者的亲密朋友和熟人之间的互动在几个月内就趋于稳定。与其他年龄段的人相比,年龄在18岁到24岁之间的年轻人网络更容易恢复,但意外死亡会导致其余友人社交活动的大幅增加,这与朋友的年龄无关。此外自杀与社会网络恢复能力下降有关。

16.人类连接体中结构中心的脆弱性和波动性

原题:Fragility and volatility of structural hubs in the human connectome
类型:Article
时间:2018 年 7 月 23 日
期刊:Nature Neuroscience
作者:Leonardo L. Gollo, James A. Roberts ⋯ Michael Breakspear
网址:https://www.nature.com/articles/s41593-018-0188-z

评价:Gollo等人将随机“突变”引入人类连接体,以研究复杂性和简约性之间的权衡。最易受这些扰动影响的皮质中枢显示,精神分裂症患者的灰质体积损失最严重。

摘要:大脑结构反映了进化过程的影响, 这种进化过程将其解剖布线的成本与复杂性带来的计算优势相比较。我们发现,人类连接体中成本呈中性的“突变”几乎不可避免地会降低其复杂性,并断开与前额网络枢纽的高强度连接。相反地,恢复外设位置和经验性观察枢纽的强连接性会产生大脑近似于最小化的连接成本。渐进成本中性随机化产生的子网络彼此之间有很大的差异,并导致与复杂系统中相变一致的拓扑不稳定现象。中枢神经系统的脆弱性与精神分裂症患者大脑灰质的加速流失有着显著的联系。结合对布线成本的影响,我们认为脆弱的前额叶枢纽连接和拓扑波动对大脑网络有进化性的影响,其最佳设定值可能在精神疾病中受到干扰。

17.金融网络中不稳定的途径

原题:Pathways towards instability in financial networks
类型:Article
时间:2017 年 2 月 21 日
期刊:Nature Communications
作者:Marco Bardoscia, Stefano Battiston ⋯ Guido Caldarelli
网址:https://www.nature.com/articles/ncomms14416

评价:与生态系统类似,金融系统中不稳定性的扩散受到底层网络结构拓扑特征的影响。作者在这里表明,与特定的金融模型无关,市场一体化和多元化可以使系统趋于不稳定。

摘要:在2007-2008年的金融危机之后,人们深刻地将金融系统的不稳定性根源与复杂的生态系统进行了类比: 在这两种情况下,网络结构的拓扑特征都会影响到危机在系统中传播的难易程度。然而,在金融网络模型中,金融机构如何相互作用的细节通常起着决定性的作用,此外仍然缺乏对网络拓扑结构如何造成不稳定性的准确理解。在这里,我们展示了人们普遍认为稳定金融系统的流程,即市场整合和多元化可以将其推向不稳定状态,因为它们有助于形成加剧金融危机的周期性结构,从而破坏了系统稳定性,造成更严重的金融危机。这一结果不考虑机构之间相互作用的细节,表明在不考虑这些细节的情况下,可以对影响金融稳定的因素进行政策性相关分析。

18.相互依赖的基因调控和代谢网络在需要的地方是强大的

原题:The interdependent network of gene regulation and metabolism is robust where it needs to be
类型:Article
时间:2018 年 9 月 14 日
期刊:Nature Communications
作者:David F. Klosik, Anne Grimbs ⋯ Marc-Thorsten Hütt
网址:https://www.nature.com/articles/s41467-017-00587-4

评价:虽然相互作用的基因网络和代谢反应是相互依赖的,但它们在很大程度上被视为独立的系统。在这里,作者将相互依存的网络的统计框架应用于大肠杆菌,并表明它对基因和蛋白质扰动很敏感,但对代谢变化却反应稳健。

摘要:尽管高度相互依存,但迄今为止,活细胞的主要生化网络(分别是相互作用的基因和代谢反应的网络)大多已作为单独的系统使用。最近,在统计物理学的背景下出现了一个相互依存网络的框架。此框架的首次定量应用是在系统生物学中,我们根据生物学驱动的渗流模型研究了模式生物大肠杆菌的基因调节和代谢的相互依赖网络。特别是,我们要应对系统中相互矛盾的任务,即对(内部和外部)扰动迅速做出反应,同时对较小的环境波动也具有较强的抵抗力。考虑到其对功能标准局部扰动的响应,我们发现相互依赖的系统对基因调控和蛋白水平的扰动很敏感,但对代谢变化却反应稳健。我们希望这种方法也适用于其他一系列相互依赖的网络。

19.干旱条件下土壤细菌网络不如真菌网络稳定

原题:Soil bacterial networks are less stable under drought than fungal networks
类型:Article
时间:2018 年 8 月 2 日
期刊:Nature Communications
作者:Franciska T. de Vries, Rob I. Griffiths ⋯ Richard D. Bardgett
网址:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05516-7

评价:干旱条件可以改变土壤微生物群落的组成,但干旱对网络特性的影响尚未得到验证。在这里,Franciska T. de Vries和他的同事们证明了在干旱条件下共生网络对细菌是不稳定的,而不是真菌。

摘要:土壤微生物群落在生态系统功能中起着至关重要的作用,但目前尚不清楚这些群落内的共生网络是如何应对极端气候等干扰的。这展示了一个重要的知识缺口,因为微生物网络的变化可能影响它们的功能和对未来干扰的脆弱性。在这里,我们在草原生态群落中发现干旱促进了土壤细菌(而不是真菌)共生网络中的不稳定性,并且在恢复期间,相比于真菌群落,细菌群落的变化与土壤功能有更紧密的联系。此外,我们还揭示了干旱可通过改变植被组成以及由此导致的土壤水分减少,从而对细菌群落及其共生网络造成长期影响。我们的研究结果为干旱可改变土壤微生物群落的潜在机制提供了新的见解,并具有潜在的长期后果,包括未来植物群落的组成以及地上和地下群落抵抗未来干扰的能力。


翻译:集智编译组
审校:曾祥轩
编辑:张希妍



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