复杂生态系统中多样性的积累

多样性是生态系统的一个基本特征，即使生态系统的概念被扩展到社会学或经济学中也是如此。多样性可以被理解为不同项目、动物或更一般地说，不同交互作用的计数。当考虑到多样性时，会出现两类典型事实。第一类是多样性爆发：生物学中的演化辐射，或经济学中摆脱“贫困陷阱”的过程是两个众所周知的例子。第二类是嵌套性：具有非常多样化交互集合的实体是唯一与更特化实体进行交互的实体。用一句话概括：特化者与泛化者交互。嵌套性在各种二部交互网络中被观察到：生物地理、宏观经济和互利共生网络等。这表明实体遵循一种模式进行多样化。由于它们出现在如此不同的系统中，这两个典型事实指出多样性的积累是由一个基本的概率机制驱动的，在此我们勾勒了其最小特征。我们展示了一个随机三部网络的收缩如何能以极高的精度再现真实数据的典型事实，该网络在其所有度分布中除一个外都是最大熵的；当改变该度分布时，这种精度在定性上会丧失。我们的推理基于组合图景，即这些二部网络中一层的节点可以被描述为若干基本构建块的组合。我们在真实系统中观察到的多样性的典型事实，可以通过每个构建块所参与的有意义的组合数量的极端异质性（无标度分布）来解释。我们表明，如果构建块的有用性具有无标度分布，那么最大熵的构建块篮子将产生非常丰富的行为。