网络属性专题1-鲁棒性及其应用

去除随机或目标节点后网络中剩余物种的比例。

对于随机物种去除的模拟为随机去除一定比例的节点；对于目标移除的模拟是移除了一定数量的核心菌。

为了检验物种去除对剩余物种的影响，一般计算节点i的丰度加权平均交互作用强度为：

其中bj 是物种j的相对丰度，sij是物种i和j的pearson相关性强度，因此sij=sji. 删除所选节点后,如果wMISi = 0（所有与i有关的物种链接都被删除了）或者wMISi<0（物种i和其他物种之间没有足够的互惠关系）,被认为灭绝/孤立节点,因此从网络中删除。

剩余节点的比例作为网络鲁棒性。

具体的方法原理介绍和描述参考下面这几篇文献：

1.Deng, Y., Jiang, YH., Yang, Y. et al. Molecular ecological network analyses. BMC Bioinformatics 13, 113 (2012). https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-113

2.Montesinos-Navarro, A., Hiraldo, F., Tella, J. L. &Blanco, G. Network structure embracing mutualism–antagonism continuums increases community robustness. Nat. Ecol. Evol. 1, 1661–1669(2017).

3.Dunne, J. A., Williams, R. J. & Martinez, N. D. Food-web structure and network theory: the role of connectance and size. Proc. NatlAcad. Sci. USA 99, 12917–12922 (2002).

鲁棒性在文章中的应用：

1.Climate warming enhances microbial network complexity and stability. Nat. Clim. Chang. 11, 343–348 (2021)

图 3. a, 随机去除法，鲁棒性测量的方法是从每个经验网络中随机移除50%的分类群的情况下，剩余分类群的比例。b, 目的性去除法，鲁棒性的衡量标准是在每个经验网络中去掉5个核心模块的情况下，剩余分类群的比例。

图中结果显示自第一年后，无论是基于随机物种损失还是有针对性地移除模块枢纽，在变暖条件下，网络的鲁棒性显著高于(P < 0.001)控制条件，说明了增温条件下网络具有更高的稳定性。

2.Reduced microbial stability in the active layer is associated with carbon loss under alpine permafrost degradation. PNAS.

这篇文章主要研究发现高原冻土解冻退化会降低多样性和稳定性，并且这些变化主要是由土壤C介导的。

其主要研究内容有：

1. 阐述了三个群落（细菌、真菌、古菌）的多样性、组成;

2. 计算了相似性和环境距离的转换率（Environmental Distance Decay relationship）;

3.微生物群落和环境变量以及土壤C储量的相关性分析;

4.三个群落的网络结构以及稳定性。

文章亮点：

1.计算了三个微生物群落结构的相似性和环境距离的转换率。

2.多数文章中，衡量稳定性的指标一般为modularity、cohesion、以及通过MENA网络的经验网络拓扑性质，但这些指标和参数只能间接的表述网络的复杂度和紧密性，却并不能直接的对网络的稳定性进行计算，本文通过鲁棒性指标直接性的衡量网络稳定性。

文章主图：

Figure 4. Co-occurrence networks and robustness analysis for microbial communities between lightly and severely degraded permafrost.

这里介绍鲁棒性使用的方法与上篇不同，横坐标为去除节点比例，纵坐标为自然连通性。（没有方法介绍和代码）