能量流控制具有分层非互易性的多营养级生态系统的稳定性

具有非互易相互作用的复杂系统通常分层组织。生态系统是一个典型例子，其中处于一个营养级的物种通过消耗另一营养级的物种而生长。然而，这种分层非互易性——即生长与消耗之间的相关性在不同营养级间存在差异——的动态后果尚待探索。在此，我们使用一个包含三个营养级的生态模型，揭示了一种涌现的不对称性：消费者与捕食者（顶层和中间层）之间的非互易相互作用，比消费者与资源（中间层和底层）之间的非互易性更容易破坏生态系统的稳定性。我们解析推导了该模型的相图，并表明其稳定性边界由跨营养级的能量流控制。由于能量向上流动——从资源到捕食者——较高营养级的多样性逐渐降低，我们证明这解释了上述不对称性。降低能量流动效率会使不对称性转向资源，并显著扩大相图的稳定区域，这表明自然生态系统中著名的“10%能量传递”可能促进稳定性。更广泛地说，我们的发现表明，非互易性在复杂网络中的位置，而不仅仅是其大小，决定了稳定性。