شبکه‌های زیستی: تفاوت میان نسخه‌ها

[[درخت تبارزایی|درخت فیلوژنتیک]] شبکه‌های خاص یا سلسله مراتب‌هایی هستند که معمولاً توسط اطلاعات زیستی مولکول‌هایی مانند DNA یا دنبالهٔ پروتئین‌ها ساخته می‌شوند. درخت فیلوژنتیک رابطهٔ اجدادی بین گونه‌های متفاوت را نشان می‌دهد. این درخت برای مطالعهٔ تکامل گونه‌های مختلف در گذر زمان و نحوهٔ شکل‌گیری گونه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، مواردی مانند اصل و نسب یک گونه، نحوهٔ تغییرات گونه‌ها، بقا یا منقرض شدن انواع گونه‌ها را می‌توان بررسی و تحلیل کرد. تحلیل‌های آماری نقش بسیار کمک کننده‌ای در استخراج این اطلاعات مفید تاریخی دارند.

 

تعاملات بسیار پروتئین‌ها داخل یک سلول با یکدیگر شبکهٔ تعاملی پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهد که در این شبکه پروتئین‌ها همان گره‌ها و ارتباطات بین آن‌ها لبه‌ها هستند. PINها در زیست‌شناسی به‌شدت مورد تحلیل و تجزیه قرار می‌گیرند. روش‌های PPI بسیاری برای تشخیص این تعاملات وجود دارد.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Investigation of a protein complex network|نام خانوادگی=Mashaghi, A. ; et al|نام=|ناشر=|سال=2004|شابک=|مکان=|صفحات=http://link.springer.com/article/10.1140%2Fepjb%2Fe2004-00301-0}}</ref>شبکهٔ تعاملات پروتئین‌ها با پروتئین‌ها شامل فعل و انفعالات و ارتباطات بین پروتئین‌ها برای فعال‌سازی یک پروتئین توسط پروتئین دیگر یا تشکیل ساختارهای دسته جمعی پیچیدهٔ پروتئین‌ها می‌باشد.

 

شبکهٔ سوخت و ساز بدن نحوهٔ تبدیل مواد مورد نیاز برای سوخت و ساز سلول به یکدیگر را شامل می‌شود، مانند تولید انرژی یا سنتز یک مادهٔ خاص. ترکیبات شیمیایی یک سلول زنده با واکنش‌های بیوشیمیایی با یکدیگر در ارتباطند به طوریکه یکی از ترکیبات به دیگری تبدیل می‌شود. این واکنش‌ها توسط [[آنزیم]]<meta />ها تسریع می‌شوند. تمام ترکیبات داخل سلول مولفه‌های یک شبکهٔ پیچیدهٔ بیوشیمیایی از واکنش‌هایی هستند که شبکهٔ [[شبکه دگرگشتی|سوخت‌وساز]] نامیده می‌شوند. با استفاده از تحلیل شبکه می‌توان به چگونگی انتخاب‌ها در مسیر سوخت‌وساز پی برد.

 

[[سیگنال]]<meta />ها در داخل سلول و یا بین سلول‌ها به یکدیگر تبدیل می‌شوند و یک شبکهٔ پیچیدهٔ سیگنالی را ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال، در MAPK/ERK pathway، سیگنال‌ها از سطح سلول به هستهٔ سلول با واسطه و کمک دنباله‌ای از واکنش‌های پروتئین با پروتئین، واکنش‌های مربوط به فسفریله شدن و دنباله‌های دیگر تبدیل می‌شود. شبکهٔ سیگنال‌ها باعث ایجاد ارتباط بین شبکه‌های تعاملی پروتئین-پروتئین، شبکه‌های تنظیم ژن شبکه‌های سوخت‌وساز می‌شود.

 

تعاملات و ارتباطات پیچیدهٔ [[مغز]]، آن را یک گزینهٔ بسیار مناسب برای بکارگیری تئوری شبکه در این حوزه می‌کند. [[یاخته عصبی|عصب]]<meta href="دلفین پوزه‌بطری معمولی" />های مغز به طور گسترده و عمیقی با یکدیگر در ارتباطند که این باعث ایجاد شبکه‌های پیچیدهٔ از جنبه‌های ساختاری و کاربردی مغز می‌شود.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems|نام خانوادگی=Bullmore, E. & O. Sporns|نام=|ناشر=|سال=2009|شابک=|مکان=|صفحات=http://www.nature.com/nrn/journal/v10/n3/full/nrn2575.html}}</ref> به عنوان مثال ویژگی‌های «شبکه جهان کوچک» در ارتباطات بین نواحی غشایی از مغز موجودات اولیه نشان داده می‌شود.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Computational analysis of functional connectivity between areas of primate cerebral cortex|نام خانوادگی=Stephan, K.E. ; et al|نام=|ناشر=|سال=2000|شابک=|مکان=|صفحات=http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/355/1393/111}}</ref>طبق این مدل نواحی غشایی مغز به طور مستقیم با یکدیگر ارتباطی ندارند، اما اکثر مناطق مغز از طریق تعداد اندک ارتباطات قابل دسترسی هستند.

 

تمام موجودات از طریق رابطهٔ غذایی با یکدیگر در ارتباطند. طبق این مدل چنانچه یک گونه خورده شود یا گونهٔ دیگری را بخورد، این دو موجود در شبکهٔ مواد غذایی به عنوان گونهٔ درنده و گونهٔ شکار با یکدیگر ارتباط دارند. میزان و زمان پایداری این ارتباط به مدت طولانی در حوزهٔ بوم‌شناسی مورد سؤال بوده است.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Fluctuations in animal populations and a measure of community stability|نام خانوادگی=MacArthur, R.H|نام=|ناشر=|سال=1955|شابک=|مکان=|صفحات=http://www.jstor.org/stable/1929601?origin=crossref}}</ref> به زبان دیگر، اگر گونهٔ خاصی حذف گردد، چه تغییری در شبکه رخ می‌دهد (برای مثال شبکه تخریب می‌شود و از بین می‌رود یا با شرایط جدید تطابق پیدا می‌کند)؟ تحلیل شبکه برای یافتن میزان پایداری شبکهٔ غذایی است و می‌توان مشخص کرد اگر ویژگی‌های خاصی از شبکه به شبکه‌هایی با پایداری بیشتر بیانجامد. علاوه براین، تحلیل شبکه کمک می‌کند حذف انتخابی یک گونه چگونه می‌تواند بر روی کل شبکهٔ غذایی تأثیرگذار باشد.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Network structure and biodiversity loss in food webs: robustness increases with connectance|نام خانوادگی=Dunne, J.A. ; et al|نام=|ناشر=|سال=2002|شابک=|مکان=|صفحات=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1461-0248.2002.00354.x/abstract;jsessionid=8C959AECCC397859F1EC45B05EB6114E.f04t01}}</ref> همچنین بسیار مهم است بدانیم پتانسیل از بین رفتن گونه‌ها بر حسب تغییر وضعیت آب وهوای جهانی چگونه است.

 

در زیست‌شناسی، روابط جفت موجودات مورد توجه مطالعات در گذر تاریخ بوده است. با پیشرفت‌های اخیر در علم شبکه، می‌توان تعاملات جفت موجودات را تعمیم داد تا موجودات از گونه‌های متفاوت را در حوزهٔ تعاملاتشان برای فهم ساختار و عملکرد شبکه‌های اکولوژیکی (محیط‌زیستی) بزرگتر در بربگیرد.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Disentangling the web of life|نام خانوادگی=Bascompte, J|نام=|ناشر=|سال=2009|شابک=|مکان=|صفحات=http://science.sciencemag.org/content/325/5939/416}}</ref> بکارگیری تحلیل شبکه به کشف و فهم چگونگی تعاملات و ارتباطات پیچیده در شبکهٔ سیستم‌ها کمک می‌کند، این مورد در گذشته نادیده گرفته می‌شد. این ابزار قدرتمند امکان مطالعهٔ انواع ارتباطات (از [[رقابت‌پذیری|رقابتی]] تا [[شرکت تعاونی|مشارکتی]]) را با استفاده از چارچوب‌های مشابه عمومی می‌دهد.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Animal social networks: an introduction|نام خانوادگی=Krause, J. ; et al|نام=|ناشر=|سال=2009|شابک=|مکان=|صفحات=http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00265-009-0747-0}}</ref> در حالت کلی، ساختار تعاملات گونه‌ها در یک شبکهٔ زیست‌محیطی اطلاعات مفیدی در حوزهٔ تنوع گونه، غنا و استحکام شبکه به ما می‌دهد. محققان با مقایسهٔ ساختار امروزی ارتباطات گونه‌ها با ساختار گذشتهٔ آن‌ها می‌توانند نحوهٔ تغییرات را در گذر زمان بیابند. تحقیقات اخیر در حوزهٔ شبکهٔ پیچیدهٔ تعاملات گونه‌ها بیشتر در حوزهٔ فهم عوامل استحکام و پایداری بیشتر شبکه تمرکز دارد.

 

تحلیل شبکه امکان تعیین کیفیت ارتباطات بین افراد (گونه‌ها) را فراهم می‌آورد، به طوریکه امکان استنتاج جزئیات شبکه به عنوان یک کل را در سطح گونه‌ها یا جمعیت امکان‌پذیر کرده است.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=Social networks in the guppy (Poecilia reticulate)|نام خانوادگی=Croft, D.P; et al|نام=|ناشر=|سال=2004|شابک=|مکان=|صفحات=http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/271/Suppl_6/S516}}</ref> محققانی که علاقه‌مند به رفتارهای حیوانات هستند، از حشره‌ها تا پستانداران نخستین، شروع به همکاری در تحلیل شبکه‌ها در تحقیقات خود کرده‌اند. محققان دیگر علاقه‌مندند بدانند چگونه ویژگی‌های خاصی از شبکه در سطح گروه یا جمعیت، می‌تواند سطح رفتارهای فردی را تفسیر کند. برای نمونه، در گروه‌های [[دلفین پوزه‌بطری معمولی|دلفین پوزه بطری معمولی]]، درجه و مقدار میانی مرکزی یک فرد می‌تواند پیش‌بینی کند که دلفین مورد نظر یک سری رفتارهای خاصی را از خود نشان می‌دهد. افراد (دلفین‌های) با مقدار مرکزی میانی بالاتر ارتباطات بیشتری دارند و اطلاعات بیشتری را می‌توانند دریافت کنند و گزینه‌های بهتری برای رهبری سفرهای گروهی خواهند بود و نسبت به سایر اعضای گروه تمایل بیشتری برای نمایش رفتارهای سیگنالی نشان می‌دهند. تحلیل شبکه همچنین برای تفسیر سازماندهی‌های اجتماعی در یک گونهٔ خاص کاربرد دارد که مکانیزم‌های تقریبی مهمی را به طور معمول آشکار می‌کند و این مکانیزم‌ها کاربرد استراتژی‌های رفتاری را ارتقا می‌دهد. به طور مثال، علاقهٔ محققان به پستانداران اولیه، کاربرد تحلیل شبکه‌ها را به سمت مقایسهٔ سازماندهی‌های اجتماعی بین پستانداران اولیهٔ متنوع برده است، به طوریکه با استفاده از معیارهای شبکه (مانند مرکزیت، ماژولار بودن و مرکزی میانی) می‌توان انواع رفتارهای اجتماعی که فقط بین گروه‌های خاصی مشاهده می‌شود را توضیح داد.<ref>{{یادکرد کتاب|عنوان=A social network analysis of primate groups|نام خانوادگی=Kasper, C. ; Voelkl|نام=|ناشر=|سال=2009|شابک=|مکان=|صفحات=http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10329-009-0153-2}}</ref> در نهایت، تحلیل شبکه‌های اجتماعی می‌تواند تغییرات مهم در رفتارهای حیوانات را با تغییر محیط آشکار کند.