Can endogenous fluctuations persist in high-diversity ecosystems?
什么时候复杂的生态相互作用可以驱动整个生态系统进入一个持续的非平衡状态，在那里物种丰度保持波动而不会灭绝？我们发现，高多样性的空间扩展系统，其中的条件有所不同的空间位置之间，可以表现出混沌动力学持续非常长的时间。我们开发了一个理论框架，基于动态平均场理论，量化这些波动状态存在的条件下，并预测其属性。我们发现与外部扰动生态系统的持久性，如扰动强度，同步性和相关时间的作用相似。但只有内源性波动，这些属性来自物种动力学本身，在扰动和响应之间产生反馈回路。一个关键的结果是，波动幅度和物种多样性〈动〉性<动>是紧密联系在一起的，特别是波动使更多的物种比在同一系统中的平衡共存。我们的研究结果突出了良好混合和空间扩展系统之间的关键差异，对实验及其再现自然动态的能力具有影响。它们揭示了生物多样性的维持，以及在自然系统中观察到的波动的强度和同步性。
2019-08-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
A novel metric for species vulnerability and coexistence in spatially-extended ecosystems
本文针对空间扩展集合群落中的物种共存与灭绝风险，提出由竞争平衡导出的脆弱性新度量及竞争得分方法，并经两个热带森林数据集验证。
2025-03-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A general condition for adaptive genetic polymorphism in temporally and spatially heterogeneous environments
进化和生态学长期以来一直关注变化的环境条件对物种内和物种间观察到的遗传多样性〈动〉性<动>的影响。我们模拟的数量性状的选择下，在空间和时间上波动的演变，并得出一个分析条件时，这些波动促进遗传多样性。作为生态场景，我们使用一个广义的岛屿模型与软选择补丁，我们将世代重叠。我们允许环境中的任意波动，包括时空相关性和对性状的任何功能性选择形式。利用入侵适应度和进化分支的概念，我们得到了一个简单而透明的条件适应性进化和遗传多样性〈动〉性<动>的维护。这种条件将斑块内的选择强度与空间和时间上的环境条件的期望和差异联系起来。我们的研究结果统一，澄清，并扩展了一些以前的结果波动选择下的遗传变异的进化和维护。基于个体的模拟表明，我们的结果是独立的遗传结构的细节，无论是克隆或有性繁殖。发病的遗传变异增加预测准确，也在小群体中，等位基因可以灭绝，由于环境的随机性。
2014-11-14 q-bio.PE
Ecosystems with mutually exclusive interactions self-organize to a state of high diversity
生态系统由惊人的物种多样性组成，它们相互合作或竞争，形成复杂的相互依赖关系。在长时间尺度上保持大的物种多样性〈动〉性<动>的最低要求一般是未知的。以地衣群落为例，我们提出了一个相互排斥的生物体竞争空间的进化模型。我们认为，涉及三个或三个以上的物种开放的空间分离的亚种群，随后可以导致增加多样性的链状或循环入侵。与其非空间对应，我们的模型预测了强大的共存的大量物种，根据地衣生长的观察。结果表明，大的物种多样性〈动〉性<动>可以在进化的时间尺度上，物种之间的相互作用有空间限制。特别是，一个阶段过渡到一个可持续的高度多样性的状态。
2011-08-08 cond-mat.stat-mech nlin.PS q-bio.PE
Dispersal diversity buffers species vulnerability to local extinction
University of Padova（帕多瓦大学）；National Biodiversity Future Center（国家生物多样性未来中心）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；University of Lausanne（洛桑大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；CMCC Foundation, Euro Mediterranean Center on Climate Change（欧洲地中海气候变化中心基金会）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本文提出基于复杂系统统计物理的通用框架，通过整合物种生存关键过程，将竞争平衡作为可测量指标，揭示扩散策略多样性降低物种易受伤害性的机制。
2026-07-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Joint assessment of density correlations and fluctuations for analysing spatial tree patterns
理论生态学中的一个关键挑战是推断观察到的模式出现的过程。在过去几十年中，人们作出了很大努力，收集关于热带雨林空间分布的广泛而详细的资料，例如，在巴拿马巴罗科罗拉多岛上50公顷的热带森林里。这些样地对于揭示不同的质量特征至关重要，无论是在单一物种还是在群落水平上，如空间聚集或短尺度聚类。在这里，我们建立在应用于生物系统的密度关联函数的研究中取得的进展，专注于准确地定义树的集合的边界的重要性，并消除诱导的偏见。我们还指出了结合相关性的研究与密度波动的尺度依赖性，这是众所周知的经验泰勒的幂律的重要性。密度相关性和波动，结合起来，提供了一个独特的机会来解释的行为，并可能允许数据和模型之间的比较。我们还研究了这些数量的空间模式的模型，特别是，我们发现，一个空间明确的中性模型产生的模式与许多定性特征的共同经验。
2020-12-02 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fractional abundance and the ecology of community structure
限制相似性的生态学原理决定了在资源需求方面相似的物种将进行竞争，优势物种最终将劣势竞争者排除在群落之外。尽管如此，在任何特定的群落中，表面上相似的物种构成了很大比例的多样性，这一观察结果导致了这样的建议，即竞争实际上可能不是群落结构和组合的重要调节因素。在这里，我们适用于最近推出的度量物种的相互作用，分数（相对）丰度，树种的巴罗科罗拉多岛，巴拿马，特定的社区，启发了原始模型的非利基或“中性”社区dynamics9的热带潮湿森林。我们发现，对最密切相关的同源树种之间的分数丰度的分布不同于预期的竞争性排斥，但也不符合简单的相似性的期望，无论是推断在社区或对水平的这种物种的可重复性（一个基本要求的中立性）。类似的证据，从一个显着不同的干燥森林已被链接到集中，稳定的竞争的时间生态位动态。与这些早期的研究结果一起，这里报告的结果建立了一个潜在的广泛和重要的作用，物种之间的相互作用，在自然群落的多样性和维护，必须考虑从模式推断过程时。
2010-08-15 q-bio.PE
Self-Replicating Neural Cellular Automata: Quantifying Emergent Phenotypic and Genotypic Diversity in an OpenEnded Substrate
Østfold University of Applied Sciences（东福尔应用科学大学）；Oslo Metropolitan University（奥斯陆都会大学）
本研究通过自复制神经细胞自动机模拟开放底物，提出粗粒度多样性度量，揭示表型与基因型多样性之间的权衡，并验证系统的持续性与谱系结构。补充材料已公开。
2026-09-18 cs.LG cs.NE q-bio.PE
Mito-nuclear selection induces a trade-off between species ecological dominance and evolutionary lifespan
线粒体和核基因组必须相互适应，以确保适当的细胞呼吸和能量生产。线粒体核不相容性降低个体适应性，诱导杂种不育，这表明可能在生殖障碍和物种形成中发挥作用。在这里，我们开发了一个出生死亡模型的选择下，在空间扩展的人口的线粒体核共适应的进化。交配受到身体和遗传接近的限制，后代通过重组从父母双方继承核基因组。该模型预测了宏观格局，包括社区的长期物种多样性〈动〉<动>，物种多度分布，物种形成和灭绝率，以及种内和种间的遗传变异。我们探讨这些长期的结果如何取决于繁殖的微观参数：由线粒体核相容性，交配相容性的限制，和生态承载力的个人健身。我们发现，强选择的线粒体核兼容性减少了辐射后的物种平衡数，增加了物种的丰度，同时增加了物种形成和灭绝率。在我们的模型中，物种多样性〈动〉性<动>和多样化率之间的负相关关系与温带地区较低的物种多样性〈动〉性<动>和较高的物种形成/灭绝率的广泛经验模式相一致。因此，我们认为，这些经验模式可能部分是由代谢需求的纬度变化，以及相应的变化，选择对线粒体核功能。
2022-06-08 q-bio.PE
The complex hybrid origins of the root knot nematodes revealed through comparative genomics
根结线虫（Meloidogyne root knot nematodes，RKN）可以感染世界上大多数农作物物种，并且是所有植物病原体中最重要的。然而到目前为止，我们对它们的起源或它们极端多食性的基因组基础知之甚少。最具破坏性的病原体通过有丝分裂孤雌生殖繁殖，并被认为是由未知亲本类群之间的种间杂交产生的。我们对二倍体减数分裂孤雌生殖体Meloidogyne floravensis的基因组进行了测序，并使用比较基因组学方法来检验它参与热带有丝分裂孤雌生殖体M的杂交起源的假设。无名氏系统基因组学分析M. florescence sis，M. incognita和外群种M. hapla的基因组序列来追溯这些物种基因组的进化历史，证明M. floraclonsis是M.无名氏对M. florescence sis基因组中的许多基因位点与M.这表明它也有一个混合的起源。三倍体M. incognita是一个复杂的双杂交体。还有一个身份不明的父母农业上重要的RKN有非常复杂的起源，涉及几个亲本基因组的混合杂交和他们的极端多食性和农业上的成功可能与这种杂交，产生超亲变异的自然选择的行为。通过单个标记位点研究RKN变异可能会失败，因为物种的复杂起源，多物种群体基因组学对于了解这一重要物种复合体的杂交多样性和适应性变异至关重要。这种比较基因组分析提供了一个令人信服的例子，说明杂交在更普遍地产生动物物种…
2013-06-26 q-bio.GN q-bio.PE
Spatial aggregation and the species-area relationship across scales
在了解和量化物种在不同生态系统中的空间分布方面，已经做出了相当大的努力。相对物种多度（RSA）、β多样性和种-面积关系（SAR）是描述森林植物群落最常用的宏观生态学指标。在这篇文章中，我们介绍了一个简单的现象学模型的基础上泊松集群过程，使我们能够准确地链接RSA和β多样性SAR。该框架是空间明确的，占同种个体的空间聚集。根据中性学说〈动〉<动>，我们推导出一个解析表达式的SAR再现三相行为的样本面积增加，从本地到大陆尺度，解释如何三相行为可以理解的简单的几何参数。我们还找到了一个表达式的地方病地区的关系（）和缩放的RSA。
2012-09-17 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
How likely is speciation in neutral ecology ?
中性学说〈动〉<动>预测的生物多样性模式依赖于一个简单的物种形成现象学模型。为了进一步研究物种形成对中性生物多样性的影响，我们分析了一个基于群体遗传学的空间显式中性模型。我们定义的metacperity作为一个系统的人口交换移民，我们使用这个框架来介绍物种很少或根本没有基因流（异域和parapatric物种形成）。我们发现，与现实的突变率，我们的metacromatiity模型驱动的中性过程不能支持超过几个物种。在物种形成的群体遗传学中加入自然选择，增加了metacompatibility中的物种数量，但在巴罗科罗拉多岛发现的多样性水平很难达到。
2011-06-23 q-bio.PE
A phenomenological spatial model for macro-ecological patterns in species-rich ecosystems
在过去的几十年里，生态学家已经认识到，在相对较大的空间尺度上描述生态群落的关键生态模式不仅依赖于尺度，而且紧密交织在一起。物种的相对丰富度，告诉我们物种的共性和稀有性，从小到大的空间尺度改变其形状。物种的平均数量作为面积的函数有一个陡峭的初始增加，然后在大规模的斜坡下降。最后，如果我们在一个给定的位置找到一个物种，我们更有可能在附近找到同一物种的个体，而不是相距更远。这种空间周转取决于物种的地理分布，而这些物种往往在空间上聚集在一起。这反映了一个区域内物种的丰度和丰富度，但到目前为止，很难量化这种关系。在一个中性的框架内，它认为所有的个人竞争力相当，我们引入了一个空间随机模型，现象学帐户的出生，死亡，移民和本地分散的个人。我们计算的对相关函数，封装空间营业额，和条件概率找到一个物种与一定的人口在一个给定的圆形区域。此外，我们计算了宏观生态格局，我们已经提到的，并比较了解析公式和数值积分的模式。最后，我们将模型预测与两个低地热带森林资源清查的经验数据进行了对比，结果总是吻合得很好。
2016-09-12 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
