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Visualiser les flux de matière au sein des écosystèmes – Methods Blog


Message fourni par Mateusz Iskrzyński

Vous souhaitez obtenir rapidement une image claire du réseau trophique que vous modélisez ou analysez ? Avez-vous pensé à inclure sa visualisation dans votre article ? Ou peut-être vouliez-vous montrer à vos étudiants ou au grand public à quel point les réseaux trophiques sont interconnectés dans de vrais écosystèmes ? Ou vous vous demandez simplement comment la matière circule dans un écosystème ?

Mateusz Iskrzyński présente son dernier article dans un Vidéo Youtube.

Pour vous aider, Mateusz Iskrzyński et Łukasz Pawluczuk ont ​​développé un logiciel open-source Paquet Python présenté dans leur publication récemment Méthodes en écologie et évolution papier ‘Visualisation du réseau trophique : carte thermique, graphique interactif et réseau de flux animé‘. Ce package fournit quelques méthodes de visualisation du réseau trophique mutuellement complémentaires : une carte thermique, un graphique interactif et un réseau de flux animé, utilisant des couleurs, des tailles, des positions, un zoom et un mouvement pour une identification précise des flux, de leurs ampleurs et des modèles de connectivité. Dans cet article, Mateusz décrit l’ensemble des méthodes de visualisation mutuellement complémentaires qui permettent un aperçu général des réseaux trophiques au sein d’un écosystème.

A quoi ressemble un réseau trophique ?

Les écologistes de terrain et les modélisateurs reconstruisent minutieusement qui mange qui et combien dans un écosystème. Le réseau trophique produit est un réseau pondéré qui comporte généralement des dizaines de nœuds connectés avec des flux pouvant différer jusqu’à dix ordres de grandeur. La valeurs de débit réelles vraiment important pour de nombreuses propriétés du réseau trophique, telles que cycle de la matière dans les écosystèmes. Nous avons été vraiment surpris de n’observer aucune corrélation entre sa simplification non pondérée et l’estimation appropriée.

Lorsque nous travaillions avec des données de réseaux trophiques, nous manquions souvent d’un outil de visualisation satisfaisant qui nous permettrait de voir rapidement tous les flux de matière tout en permettant une identification sans ambiguïté des nœuds qu’ils relient. À ce jour, aucune bibliothèque open source ne dessine clairement des réseaux trophiques pondérés avec des niveaux trophiques fractionnaires. Les approches existantes sont dispersées dans des bibliothèques et des langages de programmation distincts et sont donc difficiles à utiliser. Ils manquent également une excellente occasion d’afficher clairement les réseaux trophiques.

Disposition des niveaux trophiques

Les réseaux trophiques sont particuliers. Ils sont fortement hiérarchisés, ce qui devient évident lorsque les nœuds sont alignés selon leur niveau trophique. Un type particulier de nourriture nécessite une spécialisation. La digestion des plantes ou des détritus pose des défis complètement différents de ceux du carnivore. En plus de cela viennent les nombreux ordres de grandeur de la taille des organismes, conduisant à une échelle de « couches trophiques ».

L’image la plus simple et aussi la plus traditionnelle d’un réseau trophique mappe les niveaux trophiques des nœuds à leurs positions verticales. Notre méthode crée un graphique interactif qui optimise automatiquement les positions horizontales des nœuds. Nous avons donné aux utilisateurs la possibilité d’ajuster les paramètres de l’algorithme ou de déplacer les nœuds manuellement. La largeur des flèches représente l’amplitude du débit. La couleur du nœud code également le niveau trophique. En survolant un nœud, l’utilisateur peut afficher ses propriétés de base. La sélection d’un nœud met en surbrillance tous les flux qui lui sont connectés.

Exemple de graphique de réseau trophique interactif. Crédit : Mateusz Iskrzyński.

Les points forts d’un graphique interactif résident dans le fait qu’il permet au spectateur de suivre le flux de la matière sur les liens suivants. Cependant, tous les organismes vivants meurent et deviennent des détritus, donc omettre ces flux aux fins de cette présentation a considérablement amélioré la clarté.

Heatmap pour une identification sans ambiguïté des flux réseau

La complexité inhérente des réseaux trophiques les rend rarement faciles à dessiner, car beaucoup se composent de 50 nœuds ou plus. Dans un graphique, il devient difficile de voir quels nœuds sont connectés par un flux particulier. Une carte thermique des flux du réseau trophique cartographie les amplitudes des flux reliant une ligne à une colonne aux couleurs des cellules. Il montre les modèles généraux en un coup d’œil tout en conservant l’identification précise des flux. L’utilisateur peut également afficher les proportions du régime alimentaire ou les flux normalisés à d’autres quantités telles que la biomasse de leur source, etc., ainsi que changer les rôles des colonnes et des lignes.

Exemple de carte thermique du réseau trophique. Crédit : Mateusz Iskrzyński.

Animation

Des animations de flux de particules attrayantes, telles que Venteux, nous a inspiré pour présenter la matière se déplaçant réellement dans un réseau trophique. Le mouvement des particules aide à identifier visuellement leur source et leur cible, accordant un avantage sur les représentations statiques conventionnelles. La densité des particules code les flux du réseau trophique et la taille des nœuds cartographie les stocks de biomasse.

Animation du réseau alimentaire. Crédit : Mateusz Iskrzyński.

Des perspectives multiples forgent une compréhension plus profonde

Nous pensons que la combinaison de plusieurs approches de visualisation peut améliorer la compréhension d’un écosystème et fournir des représentations plus pertinentes pour le grand public. Des images esthétiquement attrayantes et claires présentant des données empiriques aident à communiquer l’importance de l’interdépendance des espèces et de la complexité de l’écosystème. Nous espérons que notre package vous aidera à atteindre ces objectifs avec un minimum d’effort.

Pour lire l’article complet, « Visualisation du réseau trophique : carte thermique, graphique interactif et réseau de flux animé », cliquez sur ici.

Pour regarder la vidéo YouTube complète sur l’article de Mateusz ici.





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