A three-species model explaining cyclic dominance of pacific salmon

The four-year oscillations of the number of spawning sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) that return to their native stream within the Fraser River basin in Canada are a striking example of population oscillations. The period of the oscillation corresponds to the dominant generation time of these fish. Various - not fully convincing - explanations for these oscillations have been proposed, including stochastic influences, depensatory fishing, or genetic effects. Here, we show that the oscillations can be explained as a stable dynamical attractor of the population dynamics, resulting from a strong resonance near a Neimark Sacker bifurcation. This explains not only the long-term persistence of these oscillations, but also reproduces correctly the empirical sequence of salmon abundance within one period of the oscillations. Furthermore, it explains the observation that these oscillations occur only in sockeye stocks originating from large oligotrophic lakes, and that they are usually not observed in salmon species that have a longer generation time.Comment: 7 pages, 5 figure

Coexisting patterns of population oscillations: the degenerate Neimark Sacker bifurcation as a generic mechanism

We investigate a population dynamics model that exhibits a Neimark Sacker bifurcation with a period that is naturally close to 4. Beyond the bifurcation, the period becomes soon locked at 4 due to a strong resonance, and a second attractor of period 2 emerges, which coexists with the first attractor over a considerable parameter range. A linear stability analysis and a numerical investigation of the second attractor reveal that the bifurcations producing the second attractor occur naturally in this type of system.Comment: 8 pages, 3 figure

A Model of Large-Scale Evolution of Complex Food Webs

A simple model of biological evolution of community food webs is introduced. This model is based on the niche model, which is known to generate model food webs that are very similar to empirical food webs. The networks evolve by speciation and extinction. Co-extinctions due to the loss of all prey species are found to play a major role in determining the longterm shape of the food webs. The central aim is to design the model such that the characteristic parameters of the niche model food webs remain in realistic intervals. When the mutation rule is chosen accordingly, it is found that food webs with a complex, biologically meaningful structure emerge and that the statistics of extinction events agrees well with that observed in the paleontological data

Dynamik alters- und stadienstrukturierter Populationen

Die Dynamik biologischer Populationen kann mit gewöhnlichen Differentialgleichungen beschrieben werden, deren Variablen die numerische Größe oder die Biomasse der Populationen sind. Mit diesem Ansatz lassen sich Nahrungsaufnahme, Reproduktion und Mortalität als biologische Raten berücksichtigen. Dabei werden jedoch Unterschiede zwischen den Individuen einer Population vernachlässigt. In aller Regel durchlaufen Individuen nach der Geburt zunächst körperlichesWachstum und Reifung, bevor sie in der Lage sind, sich fortzupflanzen. In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze diskutiert, mit denen die Unterschiede zwischen den Individuen einer Spezies berücksichtigt werden können, und die Implikationen, die sich daraus für die Dynamik der Populationen sowie für die Stabilität von Artengemeinschaften ergeben, werden untersucht. Der erste Ansatz geht von einer Unterteilung der Populationen in ein juveniles und ein adultes Stadium aus. Juvenile Individuen setzen aufgenommene Nahrung nur in körperliches Wachstum um, während adulte Individuen die Nahrung in Reproduktion investieren. Es wird gezeigt, dass Populationen mit einer derartigen Stadienstruktur alternative stabile Zustände annehmen können. Diese Populationszustände unterscheiden sich hinsichtlich des Biomassenverhältnisses der Stadien sowie hinsichtlich des Prozesses, der die Populationsgröße insgesamt limitiert. Die Untersuchung der Bedingungen, unter denen die alternativen stabilen Zustände auftreten, sowie der Bifurkationen, in denen diese Zustände entstehen, bilden den ersten Schwerpunkt der Arbeit. Die Individuen der verschiedenen Entwicklungsstadien einer Spezies haben unterschiedliche Körpergrößen. Da Räuber-Beute-Beziehungen unter anderem durch das Verhältnis der Körpergrößen der interagierenden Individuen bestimmt werden, kann dies dazu führen, dass die Stadien einer Population unterschiedliche Räuber- und Beutespezies haben. Zusammen mit den zuvor untersuchten dynamischen Eigenschaften stadienstrukturierter Populationen beeinflusst dies die Stabilität ökologischer Artengemeinschaften. Die Entwicklung eines körpermassenbasierten Nahrungsnetzmodells und die Analyse der Auswirkungen stadienstrukturierter Populationen auf die Struktur und die Stabilität der Modellnetzwerke stellt den zweiten Schwerpunkt der Arbeit dar. Netzwerke mit strukturierten Populationen sind stabiler als solche mit homogenen Populationen, zudem wird ein positiver Zusammenhang zwischen der Größe (Diversität) und der Stabilität der Nahrungsnetze gefunden. Die Dynamik von Populationen, deren Reproduktion durch jahreszeitlichen Einfluss periodisch getrieben ist, wird statt durch rein kontinuierliche Differentialgleichungen besser durch solche beschrieben, in denen die Erzeugung neuer Individuen nur zu diskreten Zeitpunkten erfolgt. Dies führt zur Ausbildung diskreter Alterskohorten, die sich hinsichtlich ihrer Körpergröße und ihres Jagdverhaltens unterscheiden können. Im letzten Teil der Arbeit wird dieser Ansatz gewählt, um die Populationsdynamik einer konkreten Modellspezies, der pazifischen Sockeye-Lachse, zu analysieren. Deren Populationen weisen zum Teil auffällige Oszillationen auf. Es wird gezeigt, dass sich der gewählte Modellierungsansatz auf eine diskrete Abbildung zurückführen lässt und dass sich die Populationsoszillationen damit als Attraktor der Dynamik erklären lassen, der durch eine starke Resonanz infolge einer Neimark-Sacker-Bifurkation entsteht

Positive complexity–stability relations in food web models without foraging adaptation

International audienceMay's local stability analysis of random food web models showed that increasing network complexity leads to decreasing stability, a result that is contradictory to earlier empirical findings. Since this seminal work, research of complexity-stability relations became one of the most challenging issues in theoretical ecology. We investigate conditions for positive complexity-stability relations in the niche, cascade, nested hierarchy, and random models by evaluating the network robustness, i.e. the fraction of surviving species after population dynamics. We find that positive relations between robustness and complexity can be obtained when resources are large, Holling II functional response is used and interaction strengths are weighted with the number of prey species, in order to take foraging efforts into account. In order to obtain these results, no foraging dynamics needs to be included. However, the niche model does not show positive complexity-stability relations under these conditions. By comparing to empirical food-web data, we show that the niche model has unrealistic distributions of predator numbers. When this distribution is randomized, positive complexity-stability relations can be found also in the niche model

COMPARACIÓN DE MÉTODOS PARA LA ARQUITECTURA DEL SOFTWARE: UN MARCO DE REFERENCIA PARA UN MÉTODO ARQUITECTÓNICO UNIFICADO

Debido a la relevancia que ha adquirido la visión arquitectónica del software en el proceso de desarrollo, se han propuesto diversos métodos, tanto de diseño como de evaluación arquitectónica. Cada uno de ellos se fundamenta en conceptos que pueden ser equivalentes, complementarios o alternativos. Un estudio comparativo de tales métodos favorece la identificación de los procedimientos y actividades que mejor respondan al complejo proceso de generar una arquitectura en función de un conjunto de requisitos iníciales. Este trabajo presenta un marco de comparación que luego es aplicado tanto a métodos de diseño arquitectónico como a métodos de evaluación arquitectónica, identificándose un conjunto de características que consideramos deseables en un método de diseño arquitectónico. Con base en tales características, presentamos una primera versión de un método unificado que contempla el proceso completo de diseño arquitectónico.Palabras clave: Arquitectura de software, Calidad de software, Métodos de diseño arquitectónico, Métodos de evaluación arquitectónica, Características de calidad.COMPARISON OF SOFTWARE ARCHITECTURE METHODS: A FRAMEWORK FOR A UNIFIED ARCHITECTURE METHODABSTRACTDue to the growing interest in the current development of the architectural vision of software, a great number of architectural design and evaluation methods have been proposed. They are generally based on equivalent, complementary or alternative concepts. A comparative study of such methods allows us to determine procedures and activities that satisfy the process of generating architecture in terms of the initial set of requirements. In this paper, we present a comparative framework which is applied to architectural design methods as well as architectural evaluation methods. We obtained a set of desirable characteristics in an architectural design method. Based on those characteristics, a first draft of a framework for a unified method that contemplates the whole design process is presented.Keywords: Software architecture, Software quality, Architectural design methods, Architecture evaluation methods, Quality characteristics