Paquete Bipartite
Por: Sofía Pastor Parajeles
¿Qué hace el paquete?
Las interacciones entre especies como las redes de polinización, depredador-presa, parasitismo o mutualismos en comunidades ecológicas son de alto interés de estudio y comprendimiento para los ecólogos. Esto puede ser estudiado con una red bipartita, donde cada miembro de un nivel trófico superior está conectado solamente a los miembros del otro nivel trófico inferior.
Figura 1. Red de interacción polinizador-planta
Figura.2 Red de interacción depredador-presa
Figura. 3 Red de interacción mutualista
El paquete de R “bipartite” proporciona funciones para visualizar redes y calcular una serie de índices usadas para describir patrones en redes o interacciones ecológicas. Se enfoca en solo 2 niveles tróficos. Se pueden representar mediante una matriz en la que las columnas representan especies del nivel trófico superior y filas de especies en el nivel trófico inferior.
Las entradas en la matriz representan enlaces observados, ya sea cuantitativamente (con una a muchas interacciones por enlace) o cualitativamente (binario). Comprender la estructura de las redes ecológicas puede proporcionar información sobre la generación y el mantenimiento de la diversidad. Así mismo, caracterizar una red de interacción también puede ayudar a predecir qué especies tienen más probabilidades de extinguiguirse o sobrevivir.
¿Quienes desarrollaron el paquete?
El paquete fue desarrollado por Carsten F. Dormann, Jochen Fruend and Bernd Gruber. Jochen Fruend es profesor junto al grupo de Carsten Dormann y se especializan estudiando las interacciones entre especies, la biodiversidad de insectos y la dinámica de redes. Por otro lado, Bernd Gruber trabaja en el Instituto de Ecología Aplicada de la Universidad de Canberra. Bernd donde realiza investigaciones en temas de ecología, genética y bioestadística.
Para armar el código recibieron ayuda adicional de parte de Stephen Beckett, Mariano Devoto, Jose Iriondo, Rouven Strauss and Diego Vazquez. Además se basaron en los códigos “C-code” desarrollado por Nils Bluethgen, Aaron Clauset, Rouven Strauss y Miguel Rodriguez-Girones. El paquete fue publicado y actualizado el 11 de julio del 2018.
Ejemplo de cómo usar “bipartite”
El paquete te permite tanto visualizar como calcular índices de la redes ecológicas. La visualización muestra lo que esta pasando y los índices dan información de la topologia de la red.
La topología es una rama de las matemáticas dedicada al estudio de las propiedades de los cuerpos geométricos y se interesa por conceptos y atributos como proximidad, número de círculos, comparar objetos y clasificar, conectividad, metricidad, entre otros.
Trazado de redes ecológicas
La función plotweb dibuja un gráfico bipartito, en el que los rectángulos representan especies, y el ancho es proporcional a la suma de las interacciones que involucran esta especie. Las especies que interactúan están vinculadas por líneas, cuyo ancho es también proporcional al número de interacciones
Primero llamamos el paquete ya previamente instalado library(bipartite)
Ejemplo polinizadores con datos Safariland
data(Safariland)
knitr::kable(Safariland)| Policana albopilosa | Bombus dahlbomii | Ruizantheda mutabilis | Trichophthalma amoena | Syrphus octomaculatus | Manuelia gayi | Allograpta.Toxomerus | Trichophthalma jaffueli | Phthiria | Platycheirus1 | Sapromyza.Minettia | Formicidae3 | Nitidulidae | Staphilinidae | Ichneumonidae4 | Braconidae3 | Chalepogenus caeruleus | Vespula germanica | Torymidae2 | Phthiria1 | Svastrides melanura | Sphecidae | Thomisidae | Corynura prothysteres | Ichneumonidae2 | Ruizantheda proxima | Braconidae2 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Aristotelia chilensis | 673 | 0 | 110 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Alstroemeria aurea | 0 | 154 | 0 | 0 | 5 | 7 | 1 | 3 | 8 | 1 | 1 | 0 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 | 4 | 0 | 1 | 6 | 1 | 1 | 3 | 4 | 4 | 0 |
| Schinus patagonicus | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Berberis darwinii | 0 | 67 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Rosa eglanteria | 0 | 0 | 6 | 0 | 4 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Cynanchum diemii | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 | 1 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 9 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Ribes magellanicum | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Mutisia decurrens | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Calceolaria crenatiflora | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
plotweb(Safariland, col.high = "salmon", col.low = "violet") 
Nodos: Especies de plantas y de polinizadores
Enlaces: Interacciones.
Visualmente tambien se pueden identificar como especies: Generalistas y Especialistas
Las especies con múltiples conexiones se le denominan especies clave ya que mantienen la estructura y la estabilidad de una comunidad.
La función visweb traza la matriz de datos con sombreado que representa el número de interacciones por enlace. Por defecto, esto da una idea sobre el relleno de la matriz. Sin embargo, con la opción type = “diagonal”, visweb describe los compartimientos para una fácil percepción.
visweb(Safariland) 
visweb(Safariland, type = "diagonal")
Cálculo de índices
El paquete tiene dos funciones principales para calcular índices: nivel de red y nivel de especie.
Nivel de red función: networklevel():
Los sufijos LL y HL se refieren a los niveles inferior y superior, respectivamente. Si se solicitan valores para ambos niveles, los del nivel superior se dan primero, seguidos inmediatamente de los del nivel inferior.
networklevel(Safariland) ## connectance web asymmetry
## 0.16049383 0.50000000
## links per species number of compartments
## 1.08333333 2.00000000
## compartment diversity cluster coefficient
## 1.49621915 0.11111111
## nestedness NODF
## 19.82767957 24.54780362
## weighted nestedness weighted NODF
## 0.38774003 11.60637382
## interaction strength asymmetry specialisation asymmetry
## 0.39072657 -0.16331384
## linkage density weighted connectance
## 1.60253736 0.04451493
## Fisher alpha Shannon diversity
## 7.83379039 1.58249027
## interaction evenness Alatalo interaction evenness
## 0.28808894 0.40981947
## H2 number.of.species.HL
## 0.85373072 27.00000000
## number.of.species.LL mean.number.of.shared.partners.HL
## 9.00000000 0.47293447
## mean.number.of.shared.partners.LL cluster.coefficient.HL
## 0.44444444 0.15309735
## cluster.coefficient.LL weighted.cluster.coefficient.HL
## 0.28167814 0.38109672
## weighted.cluster.coefficient.LL niche.overlap.HL
## 0.06065982 0.32776461
## niche.overlap.LL togetherness.HL
## 0.04794504 0.16068376
## togetherness.LL C.score.HL
## 0.03529412 0.56160969
## C.score.LL V.ratio.HL
## 0.77042484 0.58064516
## V.ratio.LL discrepancy.HL
## 6.49285714 21.00000000
## discrepancy.LL extinction.slope.HL
## 16.00000000 2.60815256
## extinction.slope.LL robustness.HL
## 1.28121953 0.71658940
## robustness.LL functional.complementarity.HL
## 0.55939821 1683.80420725
## functional.complementarity.LL partner.diversity.HL
## 1627.11857340 0.17686749
## partner.diversity.LL generality.HL
## 0.60896198 1.24808506
## vulnerability.LL
## 1.95698966Índices
Conectancia: Demuestra los posibles enlaces que se puede dar en la red indicando la proporción de interacciones realizadas entre especies.
Robustez: Evalua la estabilidad de la red, su tolerancia ante perturbaciones.
Anidamiento: Describe cualitativamente y cuantitativamente el cómo se mantienen las relaciones entre especies en una comunidad.
Especialización H2´: Indica que tan diversas son esas interacciones considerando toda la matriz y cada especie.
Asimetría: Fuerza e interaccion entre los 2 niveles tróficos. Osea el nivel de dependencia del nivel superior con el inferior. En este caso del polinizador con la planta.
Diversidad de Shannon: Cuantifica biodiversidad específica reflejando heterogeneidad en las comunidades analizadas considerando número de especies y abundancia relativa.