Diversity as a product of interspecial interactions
我们展示了多样化，而不是优化高度相互作用的生物在一个良好的混合生物系统中通过一个简单的模型和参考实验，并找到原因是形成的复杂的网络的相互作用，让物种不太适应环境蓬勃发展的“最好的”物种的相互作用。这种多样性可以被认为是通过物种之间的相互作用网络构建许多共同进化的生态位。这方面的证据来自对大肠杆菌的研究，大肠杆菌在某些条件下可能与自己的突变体共存。多元化只发生在一定的阈值互动强度之上，低于该阈值则发生竞争排斥。
2005-05-10 q-bio.PE
Current and Cretaceous-Cenozoic diversification of Angiosperms
被子植物的新生代历史导致了不同层次的分类群分布（科的种属数、科的种属比、属的种数）具有一定的特征。在大多数情况下，这些分布可以用幂律（帕累托分布）来描述。在对数坐标下，幂函数是一条直线。经验曲线重复这条线是足够好的，但在图的右侧（在低容量类群），有一个明显的偏离理论从经验曲线。这表明，小体积的分类群应该更大的完全符合理论曲线。在科属和物种之间的建模比率表明，只有在动态灭绝因子的情况下观察到令人满意的协议之间的观察和计算的物种数量在很大范围内的迭代。这表明在被子植物的进化过程中存在着物种的差异绝灭。这意味着，在物种数量众多的属中，灭绝的速度必须是最小的。相反，随着物种数量的减少，灭绝率可能会增加几个数量级。结果表明，大属变大，小属变少，各属种的分布频率呈幂律变化。草本植物的功能和适应能力的出现和扩展可能是导致分类群体积最初分化并进一步分为大、小两类的原因。
2016-04-21 q-bio.PE
Individual-Based models for adaptive diversification in high-dimensional phenotype spaces
大多数进化多样化理论都基于均衡假设：它们要么基于涉及静态适应度景观的最优性论点，要么假设种群在多样化发生之前首先进化到均衡状态，如适应动力学理论中进化分支点的概念所示。最近的研究结果表明，自适应动力学往往不会收敛到平衡点，而是产生复杂的轨迹，如果进化发生在高维表型空间。即使在复杂的表型空间多样化的一些分析结果是可用的，在一般情况下，研究这个问题，我们需要重建基于个人的模型，从自适应动态产生的非平衡动态。在这里，我们首先提供了一种方法来构建基于个人的模型，使他们忠实地再现给定的自适应动态吸引子没有多样化。然后，我们表明，多样化的倾向可以通过添加高斯竞争项，产生频率依赖性，同时仍然保持相同的自适应动态。对于足够强的竞争，由频率依赖性产生的破坏性选择克服了沿选择梯度的定向进化，并导致与选择梯度正交的表型方向的多样化。
2015-07-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Predicting the loss of phylogenetic diversity under non-stationary diversification models
对于许多分类群来说，目前的高灭绝率可能导致生物多样性的重大损失。生物多样性的进化遗产经常被称为系统发育多样性（PD）的措施量化。我们预测PD的损失下的一个广泛的类的系统发育树模型，其中物种形成率和灭绝率可能是时间依赖的，并假设独立的随机物种灭绝在目前。我们研究PD的损失时，$K$当代物种均匀随机选择的$N$现存物种作为幸存的类群，而其余的$N-K$灭绝。我们考虑两种模型的物种采样，所谓的子弹模型，其中每个物种独立生存的灭绝事件在目前的概率$p$，和一个模型，其中存活的物种的数量是固定的。我们提供了明确的公式为预期的剩余PD在两个模型中，条件$N=n$，条件$K=k$，或条件的两个事件。当$N=n$是固定的，我们表明收敛到一个明确的确定性的限制的比率，新的初始PD，作为$n\to\infty$，无论是在字段的子弹模型，当$K=k_n$是固定的，并依赖于$n$在这样一种方式，$k_n/n$收敛到$p$。我们还证明了在超临界、时间均匀的情况下，该比率的收敛性为$T\to\infty$，其中$N$同时变为$\infty$，从而加强了Mooers等人（2012）先前的结果。
2013-06-12 q-bio.PE
Universal scaling in the branching of the Tree of Life
了解地球上生命多样化的模式和过程是科学的一个关键挑战。生命之树通过不同类群之间的进化关系代表了这种多样化过程，并可以扩展到种内关系。在这里，我们研究的拓扑性质的一个大的种间和种内同源性，并表明，分支模式遵循异速生长的规则保存在不同的层次上的生命之树，所有显着偏离预期的标准零模型。系统发育分化的非随机普遍模式的发现表明，类似的进化力量推动了从宏观进化到微观进化过程的广泛规模的多样化，塑造了地球上生命的多样性。
2008-07-25 q-bio.PE q-bio.QM
The reconstructed tree in the lineage-based model of protracted speciation
进化生物学中一个流行的研究方向是使用时间校准的遗传学来推断多样化过程。这需要计算一个给定的超度量树的可能性作为重建的树产生一个给定的多样化模型。Etienne & Rosindell（2012）提出了一个基于谱系的多样化模型，称为持久的物种形成，其中物种在转变为好物种之前的随机时间内保持初始状态，并表明这可以解释在真正的物种形成中观察到的谱系积累的放缓。然而，他们无法提供一个通用的可能性公式。在这里，我们提出了一个可能性公式的持久的物种形成模型，其中的速度，物种变好或灭绝可以取决于他们的年龄和时间。我们唯一的限制性假设是，物种形成率不依赖于物种的地位。我们的似然公式利用了一种新技术，基于系统发育树的轮廓，并在Lambert（2010）中首次开发。我们认为重建的树跨越所有现存物种，所有好的现存物种，或所有代表物种，这要么是好的现存物种或初期物种代表一些好的灭绝物种。具体来说，我们证明了这些树是一个聚结点过程，也就是说，一个平面，超度量树的聚结时间之间的两个连续的提示是独立的，同分布的随机变量。我们的共同分布的特点，这些聚结时间在一些，生物学上有意义的，特殊的情况下，可能性减少到一个优雅的分析公式或成为数值上易于处理。
2013-01-23 math.PR q-bio.PE
The time-dependent reconstructed evolutionary process with a key-role for mass-extinction events
同质重建的进化过程是一个出生-死亡过程，没有观察到灭绝的谱系。每个物种都以相同的多样化率（物种形成率$λ(t)$和灭绝率$μ(t)$）独立进化，这些多样化率可能会随着时间的推移而变化。该过程通常应用于对物种多样化建模，其中数据被重建，例如，树木重建从今天的分子数据，并用于推断多样化率。在本文中，我开发的一般概率密度下的任何时间依赖的生灭过程的重建树。我阐述了如何适应这种概率密度，如果条件生存的一个或两个初始谱系，或采样$n$物种，并显示如何转换之间的概率密度重建和概率密度的物种形成时间。我演示了使用一般的时间依赖性的概率密度函数推导出的概率密度重建树下的出生死亡转移模型与明确的大规模灭绝事件。我通过提供和讨论几种特殊情况来丰富这个纲要，包括：纯生过程，纯死过程，生灭过程和临界分支过程。因此，我在这里提供了一个统一的框架中的大多数常用的出生-死亡模型（例如，相同的条件和相同的数据）。
2014-02-11 q-bio.PE
Dynamics of competing species in a model of adaptive radiations and macroevolution
我们提出了一个简单的模型的适应性辐射在进化的基础上物种竞争。竞争促进物种分化和分支，抑制净物种生产。在模型模拟中，高分类多样化和分支发生在辐射的开始。结果显示惊人的相似性与经验数据，并强调竞争机制作为加速进化转型的重要驱动因素。
2005-01-18 q-bio.PE
Computability, Gödel's Incompleteness Theorem, and an inherent limit on the predictability of evolution
进化多样化的过程在潜在结果的巨大基因型空间中展开。在过去的一个世纪里，这种多样化的理论发展取得了显着的进步，该理论的成功部分取决于其适用范围。该理论的大部分内容都集中在潜在基因型空间中相对较小的子集上，这些基因型主要是根据历史或当代模式选择的，然后在这个预定义的集合中预测演化动力学。在何种程度上，这种方法可以被推到一个更广泛的视角，解释进化多样化的潜在开放性？沿着这条路线已经有了一些重要的理论发展，但这种理论能被推多远的问题还没有得到解决。这里证明了一个定理，证明了由于继承的数字性质，使用这种方法可以回答的问题类型存在固有的限制。特别是，即使在极其简单的进化系统中，除非进化是渐进的，否则也不可能有一个完整的理论来解释进化的潜在开放性。该定理与哥德尔不完全性定理和可计算性理论中的停机问题密切相关。
2011-10-13 cs.LO math.LO q-bio.PE
Evolutionary Advantage of Diversity-Generating Retroelements in Switching Environments
Sorbonne Université（索邦大学）；Institut Pasteur, Université Paris Cité（巴斯德研究所，巴黎西岱大学）
研究揭示了多样性生成逆转录元件在环境切换条件下通过进化优势维持其超突变机制的机制。
2026-02-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Unchecked strategy diversification and collapse in continuous voluntary public good games
合作或背叛、参与或退出是自由社会中类似游戏的活动中众所周知的行为选择，但这些行为特征在个体层面上的共同进化动力学还没有得到很好的理解。在这里，我们研究了连续自愿的公共产品博弈，其中个人有两种类型的连续值选项：加入公共产品博弈的概率和合作投资的水平在游戏中。我们的数值计算结果揭示了迄今未报道的现象：（1）进化动力学最初的特点是在个人的合作和参与水平的振荡，在人口水平的振荡，以前已经报道。(ii)最终，人口的平均合作和参与水平收敛并稳定在一个中心。(iii)然后，一个最奇特的现象出现了：种群中存在的策略多样化，并产生了一个“云”，每个人都尝试不同的策略，只要种群的合作和参与水平保持平衡，这个过程就会继续下去。然而，随着时间的推移，不平衡作为随机漂移的结果而积累起来，战略多样性云会突然崩溃。然后，该过程以循环的方式再次重复。为了理解上述三种现象，我们研究系统分析使用自适应动态技术。我们的分析揭示了支持意外和令人惊讶的进化动力学的机制。
2015-02-12 cs.GT math.DS nlin.AO
A Beta-splitting model for evolutionary trees
在这篇文章中，我们构建了一个推广的Blum-François Beta分裂模型的进化树，这本身是启发Aldous的Beta分裂模型的分支图。我们的方法的新颖性允许两个姐妹物种之间的多样化率（或多样化的“潜力”）的不对称份额在进化上可解释的方式，以及灭绝的自然方式添加到模型中。我们描述了一个树的增量进化建设与n叶分裂或冻结现存的血统通过生成，组织和删除过程。然后，我们给出了任何（二叉根）树在这个模型下没有灭绝的概率，在几个决议：排名平面树给予不对称的角色，一个给定的物种的第一个和第二个后代物种，并保持跟踪的顺序的物种形成事件发生在创建的树，排名平面树，排名非平面树，最后（排名非平面）树。我们还描述了一个连续时间等效的生成，组织和删除过程中，树的拓扑结构和分支长度联合建模，并提供这些算法在SageMath/Python的代码。
2016-07-01 math.PR q-bio.PE
Unifying Theories of Molecular, Community and Network Evolution
基因和物种的多样性和共存的起源传统上是在孤立的生物学水平上研究的。生态学和进化论的观点集中在使或限制物种共存的机制，遗传变异和物种形成的遗传学，但仍然缺乏一个统一的理论连接这些方法。在这里，我们介绍进化图的分子进化和生物多样性的中性学说〈动〉的背景下，提供一个框架，同时解决物种形成率和联合遗传和物种多样性〈动〉性<动>。为了说明这个问题，我们还研究了两个模型的进化图与健身差异，这提供了见解如何遗传和生态动力学驱动的多样化的速度。中性进化产生了最高速度的物种形成、物种丰富度（即，分别是遗传图和生态图的五倍和两倍）和遗传物种多样性〈动〉性<动>（即，分别是遗传图和生态图的两倍）。因此，物种形成的速度、遗传-物种多样性〈动〉和共存可能会有很大的不同，这取决于遗传因素与生态因子〈动〉<动>是否驱动系统的进化。通过在生态和进化尺度上将分子、性和营养行为联系起来，相互作用图可以阐明多样性和生物共存的起源和进化。
2008-07-16 q-bio.OT q-bio.PE
Model Inadequacy and Mistaken Inferences of Trait-Dependent Speciation
物种丰富度在整个生命树中变化很大，人们对确定影响物种增殖率的生态，地理和其他因素有很大的兴趣。最近的方法明确建模的字符状态，物种形成率和灭绝率之间的关系，系统发育树- BiSSE，GISSSE，GeoSSE，和相关的模型-已被广泛用于测试假设的字符状态依赖的多样化率。在这里，我们记录了令人不安的容易与中性性状推断有统计学显着的协会与物种形成率。我们首先证明了一个已知的模型假设违反这种不幸的影响：物种形成率的变化与不包括在模型中的字符。我们进一步表明，对于许多经验性的不确定性，在没有状态依赖多样化的情况下模拟的字符表现出更高的I型错误率，这表明该方法容易受到额外的，未知的模型不足。对于进化缓慢的特征，根本原因似乎是一个统计框架，不需要重复的性格状态和多样化的变化。然而，虚假的字符状态和物种形成率之间的关联出现，即使是缺乏系统发育信号的性状，这表明系统发育的伪复制本身不能完全解释这个问题。这一现象的严重程度令人惊讶，这表明文献中报道的许多特质多样化关系可能并不真实。更一般地说，我们强调需要诊断和理解的后果，模型不足的系统发育比较方法。
2014-12-22 q-bio.PE
Evolutionary drivers, morphological evolution and diversity dynamics of a surviving mammal clade: cainotherioids at the Eocene--Oligocene transition
始新世-渐新世过渡（EOT）代表了一个时期的全球环境变化，特别是在欧洲显着，并与一个戏剧性的生物营业额。在这里，使用一个特殊的化石保存，我们记录和分析的多样性动态的哺乳动物分支，Cainotherioidea（偶蹄目），幸存下来的EOT和辐射后立即。我们从QuercyKonzentra-Lagerst {ä}tte（法国西南部）的物种水平上使用贝叶斯出生-死亡模型来推断它们的多样化历史。我们发现，cainotherioid多样性波动随着时间的推移，灭绝事件在EOT和渐新世晚期，并在渐新世早期的主要物种爆发。后者是符合我们的发现，cainotherioids有一个高的形态适应性的环境变化后，整个EOT，这可能发挥了关键作用，在生存和进化的成功，这支的后果。物种形成与温度和大陆分裂在一个时间连续的方式呈正相关，而灭绝似乎与环境变化以间断的方式同步。分支内的相互作用产生负面影响的cainotherioid多样化，而分支间的竞争可能解释他们最终在渐新世晚期下降。我们的研究结果提供了一个详细的动态图片的哺乳动物进化史的分支在全球变化的背景下。
2021-10-11 q-bio.PE
Bayesian total evidence dating reveals the recent crown radiation of penguins
全证据方法的分歧时间定年使用分子和形态学数据从现存的和化石种〈动〉<动>推断系统发育关系，物种分歧时间，和宏观进化参数在一个单一的连贯框架。目前这种方法的基于模型的实现缺乏一个适当的模型来描述多样化和多样化过程的树，并可能产生导致错误结论的估计。我们通过提供在贝叶斯框架中实现的全证据方法来解决这个缺点。这种方法在描述产生现存和化石分类群树的潜在多样化过程之前使用机械树。以前尝试应用全证据方法使用树先验，不考虑化石样本可能是其他样本的直接祖先的可能性。FBD过程明确地模拟了多样化、重复化和采样过程，并自然地允许采样祖先。该模型最近被应用于估计分歧时间的分子数据和化石出现日期的基础上。我们将FBD模型和形态性状进化模型的贝叶斯全证据方法约会物种的遗传。我们将这种方法应用于现存的和化石的企鹅，并表明，现代企鹅辐射最近比以前估计的，在冠分支发生在12.7马和最分裂导致现存物种发生在过去的200万年的基础分歧。我们的研究结果表明，包括干化石多样性可以大大提高树冠类群的分歧时间的估计。该方法可在BEAST 2（v. 2.4）www.beast2.org中获得，其中包含软件包SA（v.至少1.1.4）和morph-models（v.至少1.0.4）。
2017-01-24 q-bio.PE
Evolutionary dynamics and competition stabilize three-species predator-prey communities
我们进行基于个人的Monte Carlo模拟在一个社区组成的两个捕食者物种竞争一个单一的猎物物种，在这个简单的模型系统中研究生物多样性稳定的目的。捕食者的特征是捕食效率和死亡率，达尔文的进化适应。对有限猎物丰度的竞争驱动种群在捕食效率和死亡率方面的优化。我们研究了各种生态要素对最终状态的影响，发现间接竞争和进化适应都不足以产生稳定的生态系统。然而，稳定的三个物种共存时，观察到两个捕食者物种之间的直接相互作用。
2017-11-14 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fluctuation induces evolutionary branching in a modeled microbial ecosystem
利用微生物进化生态学模型研究了环境波动对物种多样性〈动〉的影响。我们发现，环境波动诱导进化分支，并确保多个物种的共存。成对入侵性分析被用来说明物种形成过程。我们还讨论了波动是如何影响物种多样性〈动〉<动>。
2007-10-22 q-bio.PE
Tracing evolutionary links between species
地球上所有的生命都可以追溯到一个共同的起源，这一观点至少可以追溯到查尔斯·达尔文的《物种起源》。从那时起，生物学家们就试图根据我们今天所能观察到的化石以及存在于不同生物体的基因组和表型中的进化信号来拼凑这棵“生命之树”的各个部分。数学在帮助将遗传数据转化为系统发育（进化）树和网络方面发挥了关键作用。在这里，我将解释遗传学中的一些中心概念和基本结果，它们受益于数学的几个分支，包括组合学，概率和代数。
2014-02-16 q-bio.PE
Evolutionary Theory in Pacific Island Archaeology
进化论是太平洋岛屿考古学的主要理论框架。进步的文化进化阶段，特别是酋长领地，提供了最早的框架。这些想法越来越多地与岛屿联系在一起，岛屿是相对孤立的文化进化和多样化的实验室，尽管其人口在一系列祖先和后裔社会中有着遗传上的联系。有了更复杂的环境数据，许多研究调查了文化适应及其同源或类似的起源。最近，达尔文的传播、选择和漂移机制构成了一个重要的途径。太平洋考古学的进化史表明，它将继续作为一个有用的理论框架，也许比世界其他地区更有用。
2019-06-16 q-bio.PE
Difffusion Dynamics on the Coexistence Subspace in a Stochastic Evolutionary Game
频率依赖性选择反映了不同物种在争夺环境中有限资源时的相互作用。在随机进化博弈中，物种的相对适应度引导着由于随机漂移而波动的进化动力学。物种选择优势对环境的依赖为进化动力学引入了额外的可能性。我们分析了一个简单的模型，其中一个随机的环境允许竞争物种共存很长一段时间之前，固定的一个单一的物种发生。在我们的分析中，我们使用的竞争物种的线性组合的稳定性近似的随机动力系统的扩散的一维共存区域。我们的方法显着简化了计算的概率第一灭绝和预期的时间，并展示了严格的模型降阶技术，用于评估准平稳随机演化模型的属性。
2018-02-10 math.PR q-bio.PE
Evolutionary Dispersal of Ecological Species via Multi-Agent Deep Reinforcement Learning
Natural Science Research Institute, KAIST（韩国科学技术院自然科学研究院）；Korea University（高丽大学）
本研究将SDD类型奖励引入基于DQN的MARL框架，模拟单物种与捕食者—猎物互动，以揭示异质环境中的进化扩散策略并验证传统数学模型。
2024-10-24 cs.LG math.DS q-bio.PE
Competition-driven evolution of organismal complexity
形态进化的不均匀速率和生物体复杂性的进化增加，在“适应区”，“间断平衡”和“大口径手枪模式”等隐喻中被捕获，需要比简单的突变逐渐积累更详细的解释。在这里，我们认为，非均匀的进化表型复杂性的增加，可以引起的阈值样的反应不断增长的生态压力，在给定的复杂性水平的进化多样化。获得一个新的表型特征允许一个进化的物种逃避这种压力，但通常可以预期携带显着的生理成本。因此，生态压力应该超过一定的水平，使这样的收购进化成功。我们提出了一个详细的定量描述，这一过程中使用的微进化竞争模型作为一个例子。该模型表现出连续增加的表型复杂性驱动的多样化在现有水平的复杂性和由此产生的竞争压力的增加，这可以推动一个不断发展的物种的生理成本的障碍，新的表型功能。
2019-02-15 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.PE
Species Abundance Patterns in Complex Evolutionary Dynamics
提出了生物网络中物种多度模式的分析理论。该理论基于多物种复制动力学，相当于Lotka-Volterra方程，具有不同的物种间相互作用。在自然界中观察到的各种SAP都来自于一个参数。丰度分布形成类似于广泛观察到的左偏对数正态分布。由于该模型具有一般形式，因此其结果可以应用于其他复杂生物网络中的类似模式，例如基因表达。
2004-09-20 nlin.AO q-bio.PE
Evolutionary food web model based on body masses gives realistic networks with permanent species turnover
生态系统中的捕食者-被捕食者相互作用网络是非常复杂的，但就整个系统的长期持续性而言，却令人惊讶地稳定。为了理解这种食物网的复杂性和稳定性的驱动机制，我们开发了一个生态进化模型，其中新种〈动〉<动>作为现有物种的修改而出现，动态的生态相互作用决定了哪些物种是可行的。因此，食物网的结构是从物种形成和营养相互作用之间的动态相互作用中产生的。所提出的模型是抽象的比早期的进化食物网〈动〉<动>模型在这个意义上，所有三个进化性状有一个明确的生物学意义，即平均体重的个人，首选的猎物体重，和他们的潜在猎物体重谱的宽度。我们观察到的网络具有广泛的大小和结构，与自然食物网高度相似。模型网络表现出连续的物种更替，但没有观察到大规模的灭绝波，影响超过$50 \%$的网络。
2015-04-17 q-bio.PE
Target capture and massively parallel sequencing of ultraconserved elements (UCEs) for comparative studies at shallow evolutionary time scales
由于测序技术的重大进展，非模式生物的比较遗传学研究正在迅速转变。在这些研究中的一个限制因素是在进化上遥远的类群中鉴定和筛选直向同源基因座。在这里，我们评估的效率，基因组标记靶向ultraconserved DNA元件（UCEs）的分析，在浅的进化时间尺度。使用序列捕获和大规模并行测序来生成五种共同分布的新热带雨林鸟类的UCE数据，我们在五个物种中回收了776- 1，516个UCE位点。在不同物种中，53- 77%的位点是多态的，平均每个多态位点包含2.0到3.2个可变位点。我们进行了物种树的建设，结合建模，和物种界定，我们发现，五个共同分布的物种表现出不协调的地理历史。我们还发现，从UCE估计的物种树和分歧时间是相似的，从mtDNA获得的。栖息在林下的物种有老的分歧时间跨越障碍，包含了更多的神秘物种，并表现出较大的有效种群大小相对于栖息在树冠。由于orthopathic UCE可以从广泛的类群，是多态性的浅进化时间尺度，并可以快速生成成本低，他们是有效的遗传标记研究调查进化模式和过程在浅的时间尺度。
2013-08-24 q-bio.PE
Random Evolutionary Dynamics in Predator-Prey Systems Yields Large, Clustered Ecosystems
该研究通过在Lotka-Volterra捕食者-猎物系统中引入随机进化的新物种，发现物种形成可产生大量物种稳健共存的生态系统，并涌现出关联功能差异与系统发育历史的物种聚类。
2025-03-19 q-bio.PE
The Impact of Environmental Fluctuations on Evolutionary Fitness Functions
作为衡量一个物种在自然选择中成功与否的尺度，适应度的概念是进化论的核心。在这里，我们调查繁殖率是不是恒定的，但在响应环境波动，影响物种的繁荣，从而其健身。有趣的是，我们发现，不仅更大的增长率，但也降低了对环境变化的敏感性，大大增加了健身。因此，根据环境的噪音水平，最大限度地降低这种敏感性而不是优化再现速度可能是一种进化成功的策略。同样，对于中性进化，具有完全相同特性的物种竞争，生长率的变化也起着至关重要的作用。在环境噪声的存在下，一个物种固定的时间大大减少。因此，环境波动是从遗传数据推断的有效种群大小的一种可能的解释，而这种有效种群大小往往比人口普查的种群大小小得多。
2015-10-19 physics.bio-ph q-bio.PE
Plant evolution on rock outcrops and cliffs: contrasting patterns of diversification following edaphic specialization
高山和深谷中的悬崖峭壁是世界上最具标志性的地标之一，但我们对生活在这些垂直岩石景观中的神秘植物群的理解仍然是支离破碎的。在这篇文章中，我回顾和综合最近的研究专门化的演变到裸岩及其后果的植物多样化。通常与裸岩上的生长相关的假定适应包括特化的根结构、耐胁迫的叶性状和减少的气孔。健身权衡是一个主要的解释，土壤专业化，但适应裸露的环境脱颖而出，作为一个前兆环境专业化在其他压力的栖息地，如化学苛刻的土壤。在物种水平的同源性，许多岩石专家植物进化孤立，并形成姐妹谱系的同源物上发现的分解基板，这表明专门化裸岩可能是一个进化陷阱或死胡同。在其他情况下，岩石专家形成不同的分支，这表明群岛物种形成或生态释放的创新，在压力承受能力。今天，在受到管理不善和引进生物严重影响的环境中，如岛屿，悬崖是耐胁迫濒危植物的重要避难所。攀岩安全和无人机辅助侦察的新技术为在这些景观中发现和保护悬崖植物开辟了新的可能性，但也带来了增加其可达性的固有风险。未来拯救植物免于灭绝的努力能否成功，可能取决于我们对悬崖地区特有的独特而有弹性的植物群的理解。
2022-10-05 q-bio.PE
Mutualism and evolutionary multiplayer games: revisiting the Red King
两个物种的共同进化通常被认为有利于更快的进化速度，帮助一个物种在红皇后竞赛中保持领先，在那里，“你需要尽你所能地奔跑才能留在原地”。相反，如果物种处于互惠关系中，则红王效应可能会起作用，在这种情况下，比互惠物种进化得慢可能是有益的。红王假说认为，进化较慢的物种可以获得更大的利益。然而，两个物种之间的相互作用可能涉及多个个体。为了分析这种情况，我们求助于进化多人游戏。即使在两人游戏环境中进化较慢是有益的情况下，在多人游戏环境中更快的进化可能会受到青睐。多人游戏的基本特征对利益分配至关重要。他们还提出了进化速度和群体规模之间的联系。
2013-04-20 q-bio.PE
On the interplay of speciation and dispersal: An evolutionary food web model in space
我们介绍了一个进化的多营养食物网的迁移耦合在几个栖息地。与以往的研究，重点放在进化或空间方面，我们包括两者，并调查它们之间的相互作用。在当地，物种的出现、相互作用和灭绝都遵循Loeuille和Loreau在2005年提出的著名的进化食物网〈动〉<动>模型的规则。此外，物种能够在栖息地之间迁移。随着随机迁移，我们能够再现的多样性扩散关系的共同趋势：区域多样性随着迁移率的增加而减少，而本地多样性可以增加的情况下，一个低水平的扩散。此外，我们发现，总生物量在不同的补丁变得相似，即使物种组成仍然不同。随着适应性迁移，我们观察到的物种组成，斑块之间有很大的不同，并包含物种的祖先在两个补丁的后裔。这一结果表明，空间方面和进化过程的组合影响食物网的结构在不同的方式比他们单独。
2014-09-10 q-bio.PE
Dynamic Ising Model: Reconstruction of Evolutionary Trees
一棵进化树是从一个共同的根开始的一系列分叉，随着时间的推移产生一系列不断增长的子物种。物种在这里是生物物种、口语或任何其他通过遗传进化的实体的一般名称。从一个进化枝内的N个现存物种，通过遗传学家、语言学家等进行的成对比较来测量距离。其目的是重建过去未知的分支，即整个进化枝，从知识的N（N-1）/2引用的距离被认为是理所当然的。提出了一种力学方法，并讨论了其适用性。
2013-08-23 q-bio.PE q-bio.QM
Complementary Theory of Evolutionary Genetics
该理论试图定义物种，并探索物种形成和物种维持中的进化力量和遗传因素。该理论解释了物种形成和物种维持是如何分别由自然选择作用于非孟德尔和孟德尔变异引起的。物种作为群体的出现和维持是由进化力量平衡的，包括种群内和种群间以种群特异性速率的基因流动的互补机制：有性和无性生殖，重组和非重组基因组区域，垂直和水平DNA转移，以及转座子增殖和控制。重组基因组区域携带保守基因并经历减数分裂重组，而非重组基因组区域携带辅助基因，不受这种结构限制。有性生殖、垂直DNA转移、重组基因组区域和转座子控制通过维持重组染色体的数量和结构来维持物种的存在，而无性生殖、水平DNA转移、非重组基因组区域和转座子增殖通过促进生殖隔离〈动〉<动>以及染色体数量和结构的改变来帮助物种的出现。该理论是基于对尖孢镰刀菌复合体中分离株的基因组序列的分析。在该复合体中，水平额外染色体转移的速率估计为每年每个基因组0.1。
2021-12-15 q-bio.PE
Competition and extinction explain the evolution of diversity in American automobiles
我们这个物种最值得注意的方面之一是，虽然我们的遗传多样性令人惊讶地少，但我们却表现出惊人的文化多样性。也许最令人印象深刻的是我们技术的多样性，广义上说是我们生产的所有物理对象和我们用来生产它们的技能。尽管社会科学家和哲学家相当关注技术的演变，但很少有人试图系统地量化技术多样性，因此对技术变革的动态仍然知之甚少。在这里，我们展示了一种新的贝叶斯模型，用于检查通过古生物学分析的发生数据的技术多样化。我们使用这个框架来估计1896年至2014年间生产的美国汽车和卡车型号的多样化速度，并测试竞争和外部因素在塑造宏观进化率变化方面的相对重要性。我们的研究结果表明，在过去的30年里，汽车型号的起源和灭绝率下降了四倍，净多样化率为负。我们还证明，竞争在汽车型号多样化中发挥了更重要的作用，而不是油价或国内生产总值的变化。我们的分析提供了一套工具，可以通过提供一个灵活的和定量的框架，探索多样化的动态，加强目前的研究技术和文化的演变。
2016-04-12 physics.soc-ph q-bio.PE stat.AP
Equations of Evolutionary Dynamics in High Dimensions
我们研究准物种和密切相关的演化动力学，如复制-增变方程在高维。特别是，我们表明，在某些条件下，几乎所有准物种的适应度都与突变概率和高维序列空间中序列的初始频率分布无关。这个结果是高维超球面上的测度集中的结果，它的推广到Lipschitz函数，称为Levy引理。因此，演化动力学几乎总是产生相同的值的适应性的准物种，独立的突变过程和初始条件，是相当强大的突变变化和波动的初始条件。我们的结果自然地扩展到任何Lipschitz函数的输入参数是准物种的各个成分的频率。这表明，高维准物种的功能能力是强大的突变概率和初始条件的波动。我们讨论了我们的研究的复制增变子方程的后果。
2017-12-13 q-bio.PE
Counting and sampling gene family evolutionary histories in the duplication-loss and duplication-loss-transfer models
给定一组物种，其进化由物种树表示，基因家族是从单个祖先基因进化而来的一组基因。基因家族沿着物种树的分支通过各种机制进化，包括但不限于物种形成、基因复制、基因丢失、水平基因转移。基因树的重建是生物基因组学中的一个重要问题，它反映了一个基因家族在物种树约束下的进化。然而，与多物种融合进化模型不同，人们对基因家族史的搜索空间知之甚少，这些基因家族史包括基因复制、基因丢失和水平基因转移（DLT模型）。我们引入的概念，定义为一个二进制有序的有根树描述的基因家族的进化，约束的DLT模型中的物种树的进化历史。我们提供了正式的语法描述的所有进化历史，是兼容的一个给定的物种树，无论是排名或排名。这些文法允许我们使用分析组合学或动态规划来有效地计算给定大小的历史的数量，并且还可以在均匀分布下生成给定大小的随机历史。我们应用这些工具，以获得精确的渐近的基因家族历史的数量为两个物种的树木，根毛毛虫和完整的二叉树，以及估计的范围的指数增长性因素的历史数量为随机物种树的大小高达25。我们的研究结果表明，包括水平基因转移诱导的进化历史的数量急剧增加。我们还表明，在排名的物种树，在DLT模型的进化历史的数量几乎是独立的物种树拓扑结构。
2019-05-13 cs.DM math.CO q-bio.PE
Anthropogenic Hybridization at Sea: three evolutionary questions relevant to invasive species
物种引进促进了具有长期异域分歧历史的类群之间的次级接触。因此，人为接触区提供了宝贵的对比自然系统中的物种形成研究，过去的空间隔离可能是短暂的或间歇性的。海洋动物具有高繁殖力和高扩散能力，与大多数陆地动物形成鲜明对比，因此对海洋动物进行人为杂交的研究很少。基因组研究表明，基因流仍然可以发生后，数百万年的分歧，如入侵贻贝和被囊动物。在这种情况下，我们强调三个问题：1）高繁殖压力和人口不对称的影响渗入方向性，2）杂交的作用，防止引入种传播，和3）在保持生殖隔离〈动〉合子后障碍的重要性。人为接触区为进化生物学家提供了前所未有的大规模杂交实验。除了打破空间隔离的高效生殖隔离障碍外，它们还使研究人员能够探索具有强烈不对称性的不寻常人口背景。结果是不同的，从渐渗沼泽到基因流动的强大障碍，并导致局部遏制或广泛入侵。这些成果在海洋入侵物种的管理政策中不应被忽视。
2020-06-09 q-bio.PE
Evolutionary dynamics from a variational principle
我们用一个思想实验证明，基于适应度的种群动力学进化方法不能对进化系统的长期行为做出定量的、可证伪的预测。进化系统的一个关键特征是持续不断地产生新种〈动〉<动>。这些新物种改变了现有物种的生存条件。即使是{ \em达尔文的恶魔}，一个假设的实体，在给定的时间内对所有物种的丰度及其适应度函数有确切的了解，也不能预先说明这些新奇事物对现有种群的影响。我们认为，适应性总是{ \it a postiori}知识-它测量但不能解释为什么一个物种有繁殖成功与否。为了克服这些概念上的限制，变分原理提出了一个自旋模型的进化系统的设置。我们推导出一个功能，这是最一般的进化制定的动力系统，即进化轨迹因果地出现作为一个功能的最小化。这个功能允许推导的渐近多样性的随机演化系统的平均场近似的解析解。我们测试这些近似相应的模型的数值模拟，并发现在多样性曲线的相变位置很好的协议。该模型还能够从几个人造和自然进化系统中再现时间序列的程式化事实。光将被扔在如何物种和他们的适应度景观动态共同进化。
2009-11-20 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Hydromechanical considerations on the evolution and diversification of the echinoderm bauplans
棘皮动物的五射线组织被假定为在翼鳃类祖先的躯干膨胀期间肠道的内部U形肠系膜重组的结果。在这种情况下，通过三种不同的机制在五个液压隆起之间形成肠系膜环：（1）通过早期形成两个额外的环，直接导致五个液压隆起，（2）通过随后形成两个额外的环，导致最初形成三个，然后形成五个液压隆起，或（3）通过身体膨胀而不形成环。因此，在棘皮动物中至少有三条主要的进化途径。棘皮动物特有的解剖结构，如步带系统或骨骼囊，在两个谱系中独立发展。从所有三个途径，各种身体结构可以得到匹配的化石和现存的棘皮动物。eleutherozoans和最早的pentarradial棘皮动物最有可能从直接pentarradial路径进化而来，而三辐射棘皮动物和那些显示出叠加在三辐射对称上的pentarradial组织的棘皮动物，可能沿着间接路径进化。不对称或两侧对称棘皮动物是从第三条通道演化而来的。最重要的形态转换导致直接和间接的五射棘皮动物进行了讨论和描述。
2005-05-19 q-bio.OT q-bio.PE
Emergence of species in evolutionary simulated annealing
哪些因素控制着突变率的进化和物种的出现？在这里，我们解决这个问题，使用的第一原则模型的生活，无性生物的种群动力学耦合到分子特性和相互作用的蛋白质编码在他们的基因组。通过模拟种群的进化，我们发现适应性通过上位性事件以间断的步骤增加，从而形成稳定的和功能上相互作用的蛋白质。在低突变率下，物种-具有相同基因型的生物群体-形成，而在高突变率下，物种通过序列空间中的离域而丢失，而没有明显的适合度损失。然而，当突变率是一个可选择的性状，人口最初保持高突变率，直到达到一个高的健身水平，之后，生物体与低突变率逐渐选择，与人口最终达到突变率可比的现代DNA为基础的生物体。这些结果为单细胞生物无性种群的动态适应度景观提供了微观视角。
2008-10-09 q-bio.BM q-bio.PE
Reconstruction of the evolutionary history of gene gains and losses since the last universal common ancestor
基因的获得和损失已经塑造了物种的基因库，因为今天的物种的最后一个共同祖先。现存物种的基因是在不同的历史时期通过从头创造新基因、复制现有基因或转移另一个物种的基因（HGT）获得的，然后逐渐丢失。随着基因组测序数量的不断增加，一些比较分析已经被用来量化脊椎动物、昆虫、真菌、植物等限制性谱系的基因获得和丢失的进化历史。在这里，我们构建并分析了超过10，000个基因家族树，以前所未有的规模重建祖先基因组的基因内容，覆盖了数百个基因组，跨越了生命的各个领域。这是对基因进化历史中所有事件的最全面的全基因组分析。我们发现，我们的研究结果在很大程度上是一致的，较早的，不完整的比较研究特定的谱系，如脊椎动物，但发现显着的差异，特别是在最近的进化史。我们发现，在物种树的分支之间，基因获得的速率变化很大，并且发现某些快速基因复制的时期与地质历史中的大规模灭绝有关。
2018-02-16 q-bio.PE
Noise driven phase transitions in eco-evolutionary systems
本研究构建含表型突变的消费者-资源模型，发现噪声驱动生态进化系统出现均匀、图案及图案行波三种相变，并揭示噪声与非互惠作用的关键角色。
2023-10-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Correlation, selection and the evolution of species networks
我们使用一个广义版本的个人为基础的纠缠自然模型的进化生态学研究生态系统结构和进化历史之间的关系。我们的进化模型生态系统通常表现出指数度分布的相互作用网络和连接性和物种丰富度之间的逆相关性。我们使用一个简化的网络演化模型来证明，所观察到的度分布可以发生的结果，在继承过程中的偏相关性。在低连通性和最大相关性的限制下，可以得到幂律形式的分布$P(k){\propto}1/k$。我们还表明，连通性和物种丰富度之间的双曲线关系，$C{\sim}1/D$可以出现作为进化搜索过程中的概率约束的结果。
2006-08-02 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
New Algorithms on Rooted Triplet Consistency
进化树（系统发育树）是一种二元的、有根的、无序的树，它模拟了当前生活的物种的进化历史，其中叶子按物种标记。在本文中，我们研究的问题，找到最大的共识进化树，从一组给定的根三元组。有根的三联体是在三片叶子上的系统发育树，显示了相应的三个物种的进化关系。已知上述问题是APX难题。我们提出了两个新的启发式算法。对于给定的n个物种上的m个三元组的集合，FastTree算法的运行时间为O（mn^2），这比任何其他先前已知的算法都快，尽管结果不太令人满意。BPMTR算法的运行时间为O（mn^3），平均而言，它比任何其他已知的近似算法都要好。
2013-04-01 q-bio.PE
Universal evolutionary model for periodical species
在现实世界中，周期性生物的周期范围很广，从生命周期为较大素数（如13或17）的蝉，到周期为小素数的大倍数（如40甚至120）的竹子。周期性是由物种之间的相互作用引起的，无论是捕食者-猎物关系，共生，共生还是竞争排斥原则。我们提出了一个简单的数学模型，它解释和模拟所有这些原则，包括列出的极端情况。这个相当普遍的定性模型是基于局部适应度函数的概念，如果物种的全局适应度函数的值增加，则选择随机选择的新时期。从算术上讲，观察到的不同的相互作用只与四个原则有关：给定一对整数周期，要么（1）它们的最大公约数是1，（2）其中一个周期是素数，（3）两个周期相等，或者（4）一个周期是另一个周期的整数倍。
2021-05-19 math.DS q-bio.PE
Network properties, species abundance and evolution in a model of evolutionary ecology
我们研究了嵌入在基因型空间中的人口网络的网络属性的演化，其特征在于低或高数量的潜在链接，特别强调连接和聚类。进化产生了两种不同类型的网络。当一个特定的基因型只能影响其他几个基因型时，生态学由基因型空间中独立的非相互作用的集群组成。当不同的类型可能会影响大量的其他站点时，网络就变成了一个相互连接的大型集群。交互强度的分布--而不是连接的数量--随着时间的推移而显著变化。我们发现，物种丰富度是现实的，只有一个高层次的物种连接。这表明，真正的生态系统形成一个相互联系的整体，其中选择导致不同类型之间更强的相互作用。类比与利基和中性理论也被认为是。
2003-07-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Spatial eco-evolutionary feedbacks mediate coexistence in prey-predator systems
生态进化框架可以解释生态和进化过程发生在可比时间尺度上的群落的某些特征。在这里，我们调查是否演化动力学可能相互作用的空间结构的捕食者-捕食者社区中，这两个物种表现出有限的流动性和捕食者的感知范围受到自然选择。在这些条件下，我们的研究结果揭示了生态进化之间的反馈物种的空间混合和捕食者的感知范围：不同水平的混合选择不同的感知范围，这反过来又重塑猎物的空间分布及其与捕食者的相互作用。这种种间互动的新兴模式反馈到各种感知范围的效率，从而选择新的。最后，由于捕食混合的关键因素，调节捕食的强度，我们探讨了社区层面的影响，这种反馈，并表明它控制共存时间和物种灭绝概率。
2019-11-15 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.PE
On Long-Term Species Coexistence in Five-Species Evolutionary Spatial Cyclic Games with Ablated and Non-Ablated Dominance Networks
本文复现并反驳了Zhong等人关于RPSLS演化空间循环博弈的研究，发现消融支配网络弧后需运行千万级MCS才能揭示真实渐近结果，且消融仅改变收敛时间不影响最终状态。
2024-11-13 cs.CE q-bio.PE
Scaling properties of protein family phylogenies
进化生物学中的一个经典问题是进化过程如何在基因和物种水平上耦合。出于这个动机，我们比较的拓扑性质（主要是深度缩放，作为一个表征的平衡）的一个大的一组蛋白质类的一组物种的类。比较分析表明，这两套的生物多样性共享显着相似的缩放行为，表明分支规则和进化过程的普遍性，推动生物多样性从基因到物种水平。为了解释这种普遍性，我们提出了一个简单的模型，使我们能够估计的比例的进化性/鲁棒性所需的近似的缩放行为中观察到的遗传，突出的相关性的鲁棒性的生物系统（物种或蛋白质）的缩放特性的系统发育树。因此，决定生物系统不能多样化的规则在基因和物种水平上都是同样相关的。
2011-07-25 q-bio.PE
Tournament versus Circulant: On Simulating 7-Species Evolutionary Spatial Cyclic Games with Ablated Predator-Prey Networks as Models of Biodiversity
本文通过七物种演化空间循环博弈模拟，用 k-正则循环有向图替代全连接锦标赛支配网络，证明 Zhong 等人发现的生物多样性突然崩溃源于特定网络结构，在更现实的 RPSLS 式网络中不会出现。
2024-10-04 q-bio.PE
Trade-off shapes diversity in eco-evolutionary dynamics
我们引入了一个基于交互和权衡的生态进化模型（ITEEM），在该模型中，物种在一个良好混合的系统中竞争共同的资源，它们在交互特征空间中的进化服从于复制率和竞争能力之间的生活史权衡。我们证明了权衡的强度对生态演化动力学有着根本性的影响，因为它规定了四个阶段的多样性，包括一个尖锐的相变。尽管它的极简主义，项目生产没有进一步的特设功能的显着范围内观察到的生态演化动力学模式。最值得注意的是，我们发现自组织结构的社区具有高度和可持续的多样性，在竞争物种形成类似于石头剪刀布游戏的互动周期。
2017-05-30 q-bio.PE
Evolutionary games under incompetence
物种对新环境的适应过程是生物学研究的一个重要领域。作为自然选择的一部分，适应是一个突变过程，它改善了物种的生存技能和生殖功能。在这里，我们调查这一过程相结合的无能与演化博弈论的想法。从进化的意义上说，不胜任和训练可以被解释为一种特殊的学习过程。随着关注的问题的社会方面，我们分析了无能对物种行为的影响。在单种群博弈的学习函数中引入了一个无能参数，并分析了它对复制子动态结果的影响。无能可以改变游戏的结果及其动态，表明它在本质上不完美的自然系统中的重要性。
2017-10-26 cs.GT q-bio.PE
Evolutionary Dynamics of Group Formation
我们引入了一个模型，基于演化博弈论，研究群体形成的动力学。后者构成了在不同动物物种中观察到的相关现象，其个体倾向于聚集在一起形成不同大小的群体。以往的研究结果表明，这种现象可能有类似的原因，在不同的物种，如提高个人的安全（例如从捕食者），并增加获得食物资源的概率。值得注意的是，群体的大小可能会因物种而异，有时甚至在同一物种内。在所提出的模型中，代理人口试图形成同质群体。根据自旋向量计算组的同质性，自旋向量表征每个代理，并表示一组特征（例如物理特性）。我们分析了不同规模的群体的形成，改变一个名为“个人收益”的参数。后者代表一个代理人单独行动将获得的收益。特别是，代理人选择是否形成一个组（接收“组收益”），或者是否单独玩（接收“个人收益”）。代表我们人口均衡的相图显示了“群体阶段”和“个体阶段”之间的急剧转变，对应于关键的“个体收益”。此外，我们发现，形成（同质）小群体比形成大群体更容易。总之，我们认为我们的模型和相关结果支持了群体形成现象具有进化根源的假设。
2016-12-12 physics.soc-ph q-bio.PE
