大型生态系统中共存的几何学

物种相互作用在控制生态系统稳定性与其生物多样性之间的相互作用中所扮演的角色仍未得到充分理解。生态群落在物种丰度受到小扰动后恢复的能力（局部渐近稳定性）已得到充分研究，而群落当相互作用改变时持续存在的能力（结构稳定性）则受到的关注要少得多。我们的目标是理解多样性、相互作用强度和生态网络结构对导致可行平衡（即所有种群都具有正丰度的平衡）的参数空间体积的影响。我们发展了一个几何框架，用以研究在互惠系统和消费者-资源系统中实现可行共存所需的条件范围。利用解析和数值方法，我们表明可行性仅由少数几个描述相互作用的量决定，从而产生了一种非平凡的复杂性-可行性关系。通过分析超过100个经验网络，我们表明互惠系统中的共存条件范围可以通过随机相互作用的零模型进行解析预测，而食物网的特征是其共存域小于随机预期的共存域。最后，我们刻画了可行性域的几何形状，从而识别出更可能导致物种灭绝的扰动方向。有趣的是，互惠相互作用的结构导致对扰动的响应非常异质，使得这些系统比随机预期的更为脆弱。