A generalized model of island biodiversity
研究了从一个静态区域池中迁移的竞争物种的局部群落的动态。通过引入人口统计噪声的广义竞争洛特卡-沃尔泰拉模型，得到了一个包含四个不同阶段的丰富的动力学结构.当整体物种间竞争较弱时，岛屿物种是大陆物种的样本。对于较高的竞争参数值的系统仍然承认一个平衡的社区，但现在的一些大陆物种在岛上缺席。竞争的进一步增加导致了一个间歇性的“混乱”阶段，其中的动态是由物种的入侵组合控制和周转率是由迁移。最后，强竞争相是玻璃态的，主要由不可侵入的状态和噪声诱导的转变。我们的模型包含，作为一个空间的情况下，著名的中性岛理论的威尔逊-麦克阿瑟和哈贝尔。此外，我们表明，从完美的中性轻微的偏差可能会导致每个阶段，哈贝尔点似乎是二次临界。
2014-08-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Spontaneously Broken Neutral Symmetry in an Ecological System
自发对称性破缺在凝聚态和粒子物理的许多领域都起着重要的作用。生态学的一个基本问题是阐明生物多样性和稳定性的机制。中性学说〈动〉<动>，它提出了一个简化的假设，即所有的个体（如热带森林中的树木）--无论它们属于哪个物种--都有同样的繁殖、死亡等前景，产生与经验数据一致的总体模式。我们探讨的可能性，出生率和死亡率取决于种群密度的物种，同时治疗的动态在一个物种对称的方式。我们证明了动力学演化可以导致一个同时具有生物多样性和自发破缺中性对称性的定态。
2012-06-29 cond-mat.stat-mech 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
Neutral competition boosts chaos in food webs
竞争者的相似性被认为有助于物种的共存，因为它减缓了竞争性排斥，从而使平衡机制更容易维持多样性群落。另一方面，混沌可以促进物种的共存。在这里，我们通过分析食物网〈动〉<动>模型的动力学，将这两个先前不相关的发现联系起来。我们发现，近中性的猎物的竞争，在捕食者的存在下，增加了发展混沌动力学的机会。此外，我们证实，这导致更高的生物多样性。我们的研究结果表明，近中性可以通过两种方式促进生物多样性：通过降低竞争位移的速度，并通过促进非平衡动态。
2019-02-26 q-bio.PE
Not even wrong: The spurious link between biodiversity and ecosystem functioning
解决生物多样性和生态系统功能之间的关系一直是现代生态学的核心目标之一。早期关于这种关系的争论最终随着一种统计划分方案的出现而得到解决，该方案将生物多样性效应分解为“选择”效应和“互补”效应。我们证明，生物多样性效应及其统计分解为选择和互补是根本上有缺陷的，因为这些方法使用了一个天真的零期望的基础上的中立性，可能会导致高估的净生物多样性效应，他们没有考虑到在自然界中观察到的非线性丰度生态系统功能的关系。此外，在这种非线性下，没有统计方案可以设计来划分生物多样性的影响。我们还提出了一个替代的度量提供了一个更合理的估计生物多样性的影响。我们的研究结果表明，自20世纪90年代初以来进行的所有研究都可能高估了生物多样性对生态系统功能的积极影响。
2018-08-16 q-bio.PE
Stochastic effects on biodiversity in cyclic coevolutionary dynamics
在竞争种群的动态中出现的种群规模波动可能对它们的命运产生巨大的影响。作为一个例子，在这篇文章中，我们研究了一个模型的三个物种，在一个循环的方式互相支配。虽然确定性的方法预测（中性）稳定共存的所有物种，任何有限的人口规模，内在的随机性必然导致最终灭绝的两个。
2006-10-05 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Stochastic spatial models in ecology: a statistical physics approach
生态系统表现出复杂的空间组织。生态学家长期以来一直试图通过观察不同的生物多样性指标在空间尺度上的变化来描述它们。生态学中性学说〈动〉<动>提供了简单的预测，解释了竞争物种群落的一般经验模式。然而，虽然中性学说〈动〉<动>在混合生态系统中的数学理解很好，空间模型仍然存在一些开放的问题，限制了空间生物多样性的定量理解。在这篇综述中，我们讨论了空间中性学说〈动〉<动>的最新进展。我们强调空间生态模型和非平衡相变物理之间的联系，以及统计物理学中的概念如何在种群动力学中转化，反之亦然。我们专注于非平凡的尺度律产生的临界尺寸D = 2的空间中性模型，以及它们的相关性的生物种群居住在二维环境中。最后，我们讨论的模型，将非中性的影响，在空间和时间的混乱的形式，并分析他们的预测如何偏离那些纯粹的中性学说〈动〉<动>。
2017-12-12 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
What ecological factors shape species-area curves in neutral models?
了解跨尺度的生物多样性和物种共存的因素在生态学中至关重要，无论是理论上还是保护政策。物种-面积关系（SAR），衡量观察到的物种数量如何增加，扩大采样面积，构成了一个方便的工具，量化生物多样性的空间结构。虽然物种-面积曲线的一般特征在各生态系统中相当普遍，但某些数量方面可能会发生重大变化。人们曾多次尝试将这些变化与生态力联系起来。在空间上明确的中性模型的框架内，在这里，我们审查的影响，不同的地方种群的大小（即每个站点的个人数量）和栖息地饱和度（允许空站点）的水平。我们的结论是，物种面积曲线变浅时，地方种群规模的增加，而栖息地饱和度，除非强烈违反，起着边际作用。我们的研究结果提供了一个合理的解释，为什么微生物的SAR比那些更大的生物体更平坦。
2012-05-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Self-organized biodiversity and species abundance distribution patterns in ecosystems with higher-order interactions
School of Ecology, Sun Yat-sen University（中山大学生态学院）；School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
本研究扩展广义Lotka-Volterra框架纳入高阶相互作用，证明其能增强生态系统稳定性并重现自然群落的物种丰度分布，凸显HOIs在构建生物多样性中的关键作用。
2025-07-29 nlin.CD physics.bio-ph q-bio.PE
Neutral theory of cooperative dynamics
Michigan State University（密歇根州立大学）；Universitat Pompeu Fabra（庞培法布拉大学）；Barcelona Collaboratorium（巴塞罗那协作实验室）；University of Tokyo（东京大学）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF)（进化生物学研究所（CSIC-UPF））
本文提出了一种中性理论，用于描述合作物种在低迁移率下的双峰物种丰度分布，并探讨其在微生物组、合成生物学和生命起源中的应用。
2025-12-20 physics.bio-ph q-bio.PE
Biodiversity of marine microbes is safeguarded by phenotypic variability in ecological traits
为什么与理论预测相反，海洋微生物群落具有巨大的表型异质性？如此多的海洋微生物物种如何在同一生态位中共存？我们发现了一个统一的解释这两种现象，通过调查一个非合作的游戏，个人层面的竞争和物种层面的结果之间的插值。我们确定了博弈的所有均衡策略。这些策略的特点是最大的表型异质性。它们也是相互中立的，在这个意义上，无限数量的物种可以共存，同时根据均衡策略进行竞争。先前的理论预测，自然选择会在最佳值附近使性状变异最小化，而在这里，我们得到了一个严格的数学证明，即性状变异最大的物种是那些持久的物种。这种差异可能反映了为更大的生物体开发的模型与我们以微生物为中心的模型之间的预测差异。严格的数学证明，表型异质性本身就是微生物多样性的机械基础。这一发现对微生物生态学具有根本性的影响，并可能代表了一个适应性水库，在不断变化的环境条件下保护生物多样性。
2021-01-17 q-bio.PE
An exactly solvable coarse-grained model for species diversity
我们提出了新的分析结果，生态系统物种多样性〈动〉性<动>，源于一个建议的粗粒度中性模型的基础上的出生-死亡过程。该问题的相关性在于理解和综合生态中性学说〈动〉的理论成果和物种多样性〈动〉性<动>保护的经验证据的紧迫性。生物多样性中性模型是指在同一营养级上的生态系统，其人均生命率假定为物种独立的。中性学说〈动〉<动>的解析解是在一个粗粒度模型中得到的，其中唯一的输入是物种的持续时间分布。我们的结果涉及：生态系统中物种数量在瞬态和稳态下的概率分布函数; n点连接的时间相关函数;以及生存概率，定义为从群落中随机抽样的物种到局部灭绝的时间跨度分布。分析预测还测试从河口鱼类生态系统的经验数据。我们发现，新兴的生态系统的属性是非常强大的，不依赖于模型的具体细节，对生物多样性和保护生物学的影响。
2012-06-28 physics.bio-ph q-bio.PE
Linking evolutionary and ecological theory illuminates non-equilibrium biodiversity
生物多样性动态是否趋向于稳定的平衡仍然是生态学和进化中未解决的问题，对我们理解多样性及其保护具有重要意义。系统/种群遗传模型和宏观生态学理论代表了我们看待生物多样性的两个主要视角。虽然phylo/群体遗传学提供了一个平均的人口变化和多样性的时间尺度上的代地质时代，宏观生态学提供了一个非历史的描述的共性和稀有性在当代共同发生的物种。我们的目标是将这两种方法结合起来，以获得新的见解生物多样性的非平衡性质。我们帮助指导不久的将来的研究，呼吁生物信息学的进步和定量预测的大纲，使我们的方法成为可能。
2017-05-12 q-bio.PE
Age-abundance relationships for neutral communities
中性模型的竞争物种系统的动力学，现在，用来描述各种各样的经验社区。这些模型用于许多情况，从群体遗传学和生态生物多样性到宏观进化和癌症肿瘤。在这一框架内讨论的主要问题之一是物种丰度与其年龄之间的关系。在这里，我们提供了一个全面的分析年龄-丰度关系的固定规模和不断增长的社区。给出了具有丰度$n$的物种的平均年龄和最可能年龄的显式公式以及全概率分布函数。我们进一步讨论了这些结果的普遍性及其对热带森林群落的适用性。
2015-05-26 q-bio.PE
Community Structure and Metacommunity Dynamics of Aquatic Invertebrates: a Test of the Neutral Theory
我们使用了49个离散的水生无脊椎动物群落的metacacitivity分析群落和metacitivity物种分布之间的动态关系，作为生物多样性和群落地理学的中性学说〈动〉<动>的测试。在社区尺度上，观察到的物种丰富度和相对丰度的变化是大于预测的中性模型，并揭示了重要的物种之间的差异，在竞争能力和容忍捕食。在代谢比例尺度上，代谢比例小于0.01%（占观察到的代谢的38%）的物种始终比模型预测的更丰富。我们的研究结果与中性学说〈动〉<动>不一致，并表明在中性模型中所有物种使用相同的生存概率歪曲了社区组装的实质性方面。然而，构建和测试中性模型可以为确定物种分布的过程提供有价值的见解。
2004-06-11 q-bio.PE
Coexistence in neutral theories: interplay of criticality and mild local preferences
中性理论在群体遗传学和生物地理学等领域发挥了至关重要的革命性作用。从定义上讲，这些理论是至关重要的，因为每个等位基因/物种/类型的总体增长率都是零。因此，中性模型中的每个物种都处于入侵和灭绝之间的边缘，允许对称/中性类型共存。然而，在有限的系统中，由于人口的波动，在相对较短的时间内不可避免地达到了单一主导的国家，从而给我们留下了一个不令人满意的框架来合理化所观察到的长期共存。在这里，我们仔细研究准中性理论的异质性的影响，其中可以有一个局部的温和的偏好，在某些网站的一些竞争物种，即使保持整体物种的对称性。正如我们在这里所展示的，一小部分位置的轻微偏差足以诱导整体稳健和持久的物种共存，即使在距离偏差位置任意远的区域。这一结果源于潜在的关键批量动态的长期性质，并有一些影响，例如，在保护生态学，因为它表明，为不同的竞争物种建造当地特定的“避难所”，可以导致全球生物多样性的增强，即使在区域任意远离受保护的避难所。
2014-12-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Possible Origin of Stagnation and Variability of Earth's Biodiversity
自从古生物化石数据库问世以来，地球生物多样性的规模和变化一直困扰着科学家。我们确定和研究一个模型的相互依赖的物种，内源性和外源性的影响决定了非平稳灭绝动态。该框架解释了海洋和大陆生物多样性增长的质的差异。特别是，海洋生物多样性的停滞可能是全球物种依赖网络从不平衡状态向平衡状态过渡的结果。我们的框架的预测与古生物学数据库一致。
2014-10-09 nlin.AO q-bio.PE
Time to absorption for a heterogeneous neutral competition model
中性模型渴望解释生态系统中的生物多样性模式，其中物种差异可以忽略不计，因为它可能发生在特定的营养级，并且假设物种之间具有完美的对称性。类似选民的模型捕捉了中性假设的基本成分，并代表了社会研究和化学反应等其他学科的范式。在一个系统中，每个个体都可以与群落中的所有其他成员相互作用，单个物种达到吸收状态的典型时间与群落规模成线性关系。在这里，我们表明，通过使用一个严格的方法在一个大偏差的原则和确认以前的近似和数值结果，在一个异质选举模型的典型时间达到吸收状态尺度与系统的大小呈指数关系，暗示一个渐进的活跃阶段。
2013-11-18 math.PR q-bio.PE
Neutral selection
哈贝尔的生物多样性中性学说〈动〉<动>成功地解释了观察到的许多生态群落的组成，但它依赖于物种之间严格的人口等效性，没有为选择，适应和物种形成等进化过程提供空间。在这里，我们将展示如何将中性学说〈动〉嵌入达尔文的框架。在具有二次最大值的适应度景观中，选择限制现存物种具有接近最优的性状，因此存活物种之间的适应度差异很小。对于足够小的突变步骤，社区结构完全符合Fisher对数系列物种丰度分布。该理论对中等量的环境噪声相对不敏感，其中适应度最大值的位置按无噪声分布的宽度的顺序变化。添加非常大的环境噪声的模型定性地改变了丰度分布，转换成幂律衰减的大物种的指数下降，典型的中性模型与环境噪声。
2012-11-15 q-bio.PE
Mobility promotes and jeopardizes biodiversity in rock-paper-scissors games
生物多样性对生态系统的生存至关重要。生态系统中的物种多样性〈动〉<动>是由竞争种群之间的循环、非等级的相互作用促进的。这种不可传递的关系导致了以“石头-剪刀-布”游戏为代表的核心特征的进化，在这种游戏中，石头压碎剪刀，剪刀剪布，布包裹石头。结合静态种群的空间扩散，这种竞争导致所有物种的稳定共存和生物多样性的长期维持。然而，人口流动是真实生态系统的核心特征：动物迁徙，细菌奔跑和翻滚。在这里，我们观察到一个关键的影响，流动性对物种多样性〈动〉性<动>。当流动性超过一定值时，生物多样性就会受到危害和丧失。相反，低于这个临界阈值，所有的子群共存，并在时间演化的过程中形成螺旋波的纠缠。我们确定这种现象是稳健的，它不依赖于循环竞争或空间环境的细节。这些发现对生态系统的维持和进化具有重要意义，并且与可兴奋介质中模式的形成和传播有关，例如化学动力学或流行病爆发。
2008-04-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Understanding Species Abundance Distributions in Complex Ecosystems of Interacting Species
生态位和中性学说〈动〉<动>是生态学中两个流行但争议很大的观点，它们被用来解释生物多样性的格局。生态位理论强调物种之间的选择性差异和种间相互作用对群落形成的影响，而中性学说〈动〉<动>则假设物种之间的功能等价，并指出随机性是生态动态的主要驱动力。在这项工作中，我们在这两个对立的理论之间架起了一座桥梁。从一个具有人口统计噪声和随机对称相互作用的Lotka-Volterra（LV）模型出发，解析地导出了种群的平稳统计量和物种多度分布（SAD）.利用这些结果，我们证明了该模型可以表现出三类SAD常见于利基和中性学说〈动〉<动>，并发现了条件，允许生态系统之间的过渡这些不同的制度。因此，我们调和如何中性的统计可能会出现从一个不同的社区与利基分化。
2021-03-04 q-bio.PE
The effect of environmental stochasticity on species richness in neutral communities
环境随机性是一个不稳定因素，增加了种群的丰度波动和灭绝率。然而，群落的稳定性可能受益于物种对环境变化的差异反应，由于存储效应。本文提供了一个系统和全面的讨论这两个矛盾的趋势，使用最近提出的时间平均生物多样性的中性模型，其中包括环境随机性和人口噪声，并允许灭绝和物种形成的metacperity版本。我们表明，人口统计噪声纳入模型是必不可少的，其适用性，产生现实的行为时，适应度变化相对较弱的系统。物种丰富度对环境随机性强度的依赖性随着环境变化的相关时间的增加而变号。这种转变标志着存储效应不再成功稳定社区的点。
2016-02-09 q-bio.PE
Species coexistence in a neutral dynamics with environmental noise
环境波动对生态群落的组织有着重要的影响，了解这种变化如何影响生态系统的生物多样性是生态学中的一个主要问题。在本文中，我们分析的情况下，两个物种竞争的资源的中性学说〈动〉<动>的框架内，在环境噪声的存在下，投入特别关注的变化如何调节物种的适合度。环境是二分法的，随机性在有利于一个物种而不利于另一个物种的时期之间交替，长期保持中立。我们研究了两种不同的情况：在第一种情况下，物种适应度随环境线性变化，在第二种情况下，有效适应度由竞争相同资源的个体的总适应度重新缩放。我们发现，在前一种情况下，环境波动总是减少物种共存的时间，而这样的时间可以提高或减少在后一种情况下，这取决于环境的相关时间。这种现象可以理解为Chesson储存效应的直接结果。
2016-11-15 q-bio.PE
Variations of arthropod biodiversity due to human intervention and climatic variations study of a protected and a non-protected area in a tropical forest
对墨西哥南部太平洋沿岸节肢动物区系的多样性进行了调查，以研究和比较两个不同地区的生物多样性。一个位于生物圈保护区“La encrucijada”内，另一个位于该保护区边缘的非保护区。这两个地区在湿度和温度方面也有生态差异。为了收集材料，使用了7种不同的诱捕方法，节肢动物在目水平上进行了分类，双翅目也在科水平上进行了分类，双翅目的Psychodidae，属也进行了鉴定。已确定的28个目，在组成和丰度上显示出一些区域差异。作为一个一般性的结论，我们观察到，没有大的统计差异，可以观察到在目的或科水平（仅双翅目）之间的保护区和非保护区。这一差异表明，非保护区的多样性出乎意料地更大。然而，在属的水平上（仅Psychodidae），保护区的蛾蝇多样性略高。我们的结论是，气候变化可能发挥重要作用，在低系统水平（目和科）和人类干预（如农业）变得更加重要的属水平。
2014-04-30 q-bio.PE
Neutral Theory and Relative Species Abundance in Ecology
岛屿地理学理论[1]认为，一个岛屿或一个当地社区接近平衡物种丰富度是物种从更大的亚生态源区迁移和岛上物种的局部灭绝（当地社区）之间相互作用的结果。Hubbell[2]推广了这一中性学说〈动〉<动>，探讨了在限制移民条件下当地群落中相对物种多度（RSA）的预期稳态分布。在这里，我们提出了生物多样性的统一中性学说〈动〉<动>的理论框架[2]和RSA分布的分析解决方案，无论是在元生境（费舍尔的对数系列）和当地社区，那里有较少的稀有物种。稀有物种更容易迁移，一旦它们在当地灭绝，它们需要比常见种〈动〉<动>更长的时间来重新迁移。与最近的断言[3]相反，我们表明，分析解决方案提供了更好的拟合，更少的自由参数，巴罗科罗拉多岛（BCI）[4]上的树种的RSA分布比对数正态分布[5，6]。
2005-04-14 q-bio.PE q-bio.QM
How turbulence regulates biodiversity in systems with cyclic competition
生物物种之间的循环、无等级的相互作用是生态系统能够维持高水平生物多样性的一般机制。然而，物种共存往往是可能的，只有在空间上扩展的系统与有限的范围内的扩散，而在良好的混合环境模型的循环竞争往往会导致生物多样性的丧失。在这里，我们考虑在流体环境中，混合是通过平流和扩散的组合实现的生物物种的扩散。特别是，我们进行了详细的数值分析的模型组成的湍流平流，扩散运输，生物物种之间的循环相互作用在两个空间维度和讨论的情况下，生物多样性是保持外部环境条件，如资源供应，在空间上是均匀的。循环的相互作用是由一个模型与三个竞争对手，类似的石头剪刀布的儿童游戏，而流场是从一个直接的数值模拟的二维湍流与高粘度。结果表明，空间平均动力学经历的相对强度的平流和扩散相比，生物相互作用的分叉。
2015-03-09 nlin.PS physics.flu-dyn q-bio.PE
Monitoring biodiversity on highly reactive rock-paper-scissors models
本文推广石头-剪刀-布模型，引入高度竞争与高度繁殖物种，研究层级与非层级规则下迁移率对生物多样性及灭绝概率的影响，发现高度反应性物种通常处于劣势且非层级模型更稳健。
2025-04-16 physics.bio-ph q-bio.PE
The joint influence of competition and mutualism on the biodiversity of mutualistic ecosystems
生态系统中物种之间的关系可以用复杂的网络来表示，其中同时存在负（竞争）和正（互利）相互作用。近年来的研究表明，许多生态系统可以形成互惠网络，嵌套减少了物种间的有效竞争，从而促进了互利的相互作用，增加了共存物种的数量或生物多样性。然而，目前的方法忽略了种间竞争的结构，采用平均场的观点，没有处理好竞争的相互作用。在这里，我们介绍了一个框架的基础上的概念，多层网络，自然占互利和竞争。因此，我们放弃了平均场假设，并显示，通过动态人口模型和数值模拟，有一个复杂的关系之间的竞争和互惠。具体来说，我们表明，当所有的相互作用都考虑在内，互惠并不具有相同的后果，专家和通才物种的进化。这导致了一个非平凡的配置文件中的参数空间的竞争和互惠的生物多样性。我们的研究结果强调如何同时考虑积极和消极的相互作用，有助于我们理解生态系统中的拓扑结构和生物多样性之间的微妙权衡，并呼吁重新考虑以前的理论生态学研究结果，因为它们可能会影响互惠系统的结构和动力学稳定性。
2017-03-17 physics.soc-ph q-bio.PE
Non-equilibrium evolution of volatility in origination and extinction explains fat-tailed fluctuations in Phanerozoic biodiversity
生物多样性的波动，无论大小，在化石记录中无处不在，但我们不了解产生它们的过程。在这里，我们扩展理论从非平衡统计物理来描述以前无法解释的胖尾形式的波动海洋无脊椎动物的丰富性，通过中生代。使用这个理论，被称为超统计，我们表明，简单的事实，异质起源和灭绝率之间的分支和分支内的保守率是足够的，以占这种肥尾形式。我们确定的订单和家庭，他们subsubsubsumed分类水平，在该分支经历分支间的异质性和分支内的同质性率。根据超统计学，我们可以证明，订单和家庭是局部统计平衡的子系统，而整个系统并不处于平衡状态。分离的时间尺度之间的背景起源和灭绝的分支内相比，主要的生态和进化创新的起源，导致新的分支允许分支内的动态达到平衡，而分支之间的多样化是非平衡的。这种进化枝之间的非平衡解释了整个系统的厚尾性质。多样化动态的订单和家庭的分布变化是一致的生态位保守主义和脉冲探索适应性景观的高等类群。与其他使用简单的出生-死亡过程、简单的平衡动力学或复杂性科学的非线性理论的方法相比，超级统计学在解释化石分类群丰富度的微小和极端波动方面具有优越性。它的成功开辟了新的研究方向，以更好地理解进化过程导致停滞在一个适应性景观中断的创新，导致新的形式。
2019-05-10 q-bio.PE
Breaking unidirectional invasions jeopardizes biodiversity in spatial May-Leonard systems
非传递优势和由此产生的三个或更多竞争物种的循环回路提供了一个基本的机制来解释生物和生态系统中的生物多样性。Lotka-Volterra和May-Leonard型模型都认为，在这个循环中，入侵率的异质性不会危及竞争物种的共存。虽然由此产生的物种丰度变得异质性，具有最小入侵能力的物种从不平等入侵中获益最多。然而，在捕食者和被捕食者的相互作用的有效入侵率也可以修改，打破优势的方向，并允许反向入侵的概率较小。虽然这种改变对洛特卡-沃尔泰拉模型框架内的行为没有特别的影响，但梅-伦纳德系统的反应却大不相同。在后一种情况下，不仅上述的“最弱者生存”效应消失，而且如果反向入侵超过阈值，循环的共存也不能维持。有趣的是，灭绝到一个统一的状态是由一个非单调的概率函数。虽然反向入侵的存在并没有完全削弱原始捕食者物种的进化优势，但这种削弱的有效入侵率有助于相关的猎物物种收集更大的初始区域，以便它们之间进行最后的战斗。这些过程的竞争决定了系统终止统一状态的可能性。
2020-10-12 cond-mat.stat-mech nlin.PS physics.soc-ph
The impact of species-neutral stage structure on macroecological patterns
尽管中性生物多样性理论对物种之间的生态等价性做出了激进的假设，但它往往能很好地拟合自然界中观察到的物种多度分布。对中性学说<动>的主要批评集中在种间差异上，这与生态等效性相冲突。然而，自然界中的中性也被不同生命阶段的同种个体之间的差异所打破，在许多社区中，这种差异可能远远超过相似阶段个体之间的种间差异。这些物种内的不对称性还没有充分探讨在物种中性模型，它是不知道是否人口阶段结构影响宏观生态模式在中性学说<动>。在这里，我们提出了一个两阶段的中性模型，其中繁殖力和死亡率的变化作为一个个体从一个阶段过渡到其他。我们探讨了几个定性不同的方案，并比较数值获得的物种丰度分布的预测非结构化中性学说<动>。我们发现，丰度分布一般是强大的这种阶段结构，但显着偏离非结构化的预测发生，如果成年人有足够低的生育力和死亡率。此外，我们表明，每个物种的出生，这是作为一个幂律分布的指数为3/2，是不变的，即使当丰度分布偏离非结构化模型的预测。我们的研究结果可能解释了具有强大人口结构的生物体（如真社会昆虫和人类）中的幂律样丰度分布，并部分恢复了过去对物种丰度分布的批评，因为它们无法区分生物机制。
2017-06-26 q-bio.PE
Phylogenetic diversity and biodiversity indices on phylogenetic networks
在生物多样性保护中，通常需要优先保护物种。现有的优先排序方法，如公平比例指数和沙普利值，是基于系统发育树和排名物种根据其对整体系统发育多样性的贡献。然而，在许多情况下，进化并不是树状的，因此，系统发育网络作为系统发育树的推广而脱颖而出，允许表示非树状的进化事件，如水平基因转移或杂交。在这里，我们将系统发育多样性和系统发育多样性指数的概念从系统发育树扩展到系统发育网络。一方面，我们考虑系统发育网络的树状内容，例如网络显示的（多）组系统发育树以及与之相关的LSA树;另一方面，我们直接从网络的内部结构推导出分类单元子集的系统发育多样性和生物多样性指数。此外，我们介绍我们的软件包NetDiversity，这是在Perl中实现的，并允许计算所有广义的系统发育多样性和广义系统发育多样性指数建立在本说明中，是独立的遗传概率的措施。我们将我们的方法应用到一个代表剑尾鱼和鸭嘴鱼（剑尾鱼：Poeciliidae），一组广泛杂交的物种之间的进化关系的遗传网络。
2018-02-05 math.CO math.PR q-bio.PE
Analytic solution of Hubbell's model of local community dynamics
最近的理论方法，以社区结构和动态显示，许多大规模的社区结构的功能（如种级分布和种面积关系）可以解释一个所谓的中性模型。使用这种方法，物种被认为是等效的，营养关系没有被明确考虑在内。在这里，我们提供了一个一般的分析解决方案，哈贝尔的生物多样性中性理论的本地社区模型重铸它作为一个瓮模型，即马尔可夫描述的状态和它们的过渡。固定和时间依赖的分布进行了分析。平稳分布-也称为零和多项式-以封闭形式给出。通过对主方程的展开，得到了时间依赖性的近似形式。近似分布的时间演化被证明是一个很好的代表性的真实的时间演化的参数值的大范围内。
2003-05-07 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Comparison principles and applications to mathematical modelling of vegetal meta-communities
本文参与了PEGASE项目，其目标是更好地理解解释生活在由生态走廊（例如树篱）连接的森林斑块网络中的物种行为的机制。实际上，我们计划研究栖息地破碎化对生物多样性的影响。本文介绍了一个简单的中性模型，用于描述植物性准共生区丰度的演变。社区之间的迁移是明确的建模在一个确定性的方式，而繁殖过程中处理使用赖特-费舍尔模型，独立地在每个社区。考虑了模型的大种群极限。证明了分步法的流体动力学极限是一个偏微分方程的解，该方程的确定性部分来自迁移过程，扩散部分来自Wright-Fisher过程。最后，通过一个物种的平均消亡时来评价后居性的多样性。在极限条件下，利用经典的比较原理，证明了群落之间的交换过程减缓了物种灭绝。这表明，走廊的存在似乎有利于生物多样性。
2021-09-14 math.AP math.PR q-bio.PE
Investigating Mobility in Spatial Biodiversity Models through Recurrence Quantification Analysis
本文利用递归量化分析 May-Leonard 三物种竞争模型，借助多实现统计分布识别不同流动性下的生态动力学异常，并据此反演参数 m。
2025-07-25 physics.app-ph q-bio.PE
An information-geometric framework for mapping maximum potential biodiversity
The Institute of Statistical Mathematics, Tokyo（东京统计数学研究所）
提出信息几何框架，通过约束变分原理定义潜在组成和多样性差距，统一处理Hill型多样性和Rao二次熵，为生态保护提供基准比较。
2026-06-06 q-bio.PE stat.ME
Species abundance distributions in neutral models with immigration or mutation and general lifetimes
我们考虑一个一般的，中立的，动态的生物多样性模型。个人有i.i.d.生命周期不一定呈指数分布，每个个体都以恒定的速率λ独立生育。我们假设类型是克隆遗传的。我们认为两类物种形成模型在这种情况下。在迁移模型中，一个完全新种<动>的新个体以恒定的速率μ单独进入种群（例如，从大陆到岛上）。在突变模型中，每个个体在其生殖系中独立地经历点突变，以恒定的速率θ。我们感兴趣的是物种丰度分布，即，在由k个个体代表的物种的数目中，k = 1，2，.，在移民模型中记为I_n（k），在突变模型中记为A_n（k），n，当总人口中有n个个体。在移民模型中，我们证明了k个个体在时间t所代表的物种数（I_t（k）; k \ge 1）是独立的Poisson变量，其参数为Fisher对数序列.当种群的总大小等于n时，这导致由Ewens抽样公式给出的物种多度分布。特别地，I_n（k）收敛为n \to \infty到具有平均值γ/k的泊松r.v.，其中γ：= μ/λ。在变异模型中，作为n \to \infty，我们得到了n ^{-1} A_n（k）几乎处处收敛于一个非随机显式常数.在临界线性生灭过程的情况下，这个常数由Fisher对数级数给出，即n ^{-1} A_n（k）收敛于α ^{k}/k，其中α：= λ/（λ + θ）.在这两个模型中，最丰富的物种的丰度进行了简要讨论。
2010-09-01 math.PR q-bio.PE
Emergent spatial patterns of coexistence in species-rich plant communities
统计物理学已被证明是分析多智能体环境的关键。出于各种非平衡功能的巴罗科罗拉多州和其他生态系统的经验观察，我们分析了植物物种丰度模型，提出了分析证据的尺度不变的植物集群和非平凡的紧急模块的相关性。这种基于渗流过程的尺度不变区域的首次理论确认，再现了实际生态系统的关键特征，可以为具有巨大生物多样性的生态系统提供最稳定的平衡。
2021-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Structured interactions as a stabilizing mechanism for competitive ecosystems
大型生态系统如何创造和维持我们在自然界中看到的非凡生物多样性可能是科学中最大的开放问题之一，吸引了从理论生态学到数学和物理学等不同领域的关注。在这种情况下，模拟竞争有限资源的物种稳定共存是一项特别具有挑战性的任务。从数学的角度来看，当物种之间的优势形成不传递循环时，竞争动态中的共存可以实现。然而，这些关系通常会导致物种的相对丰度中性循环，而不会收敛到一个稳定的平衡。虽然近年来提出了一些机制，能够解释竞争群落中物种共存的模型仍然有限。在这里，我们确定当地的相互作用作为一个最简单的机制，导致稳定的物种共存。我们考虑一个简化的生态系统，每个物种的个体都位于一个空间网络上，只有在一定距离内的节点之间才有可能发生相互作用。改变这种距离可以在本地和全球竞争之间进行插值。我们的研究结果表明，在我们的模型范围内，物种共存达到稳定的平衡时，满足两个条件：个人嵌入在空间中，只能与其他个人在短距离内互动。相反，当其中一种成分缺失时，就会出现大幅振荡和中性周期。
2022-09-30 q-bio.PE
Fluctuation-induced dissipation in evolutionary dynamics
生物多样性和灭绝是进化的核心问题。生态系统中不同物种间的动态平衡常被确定性复制子方程描述，并取得了一定的成功。然而，波动是不可避免的，无论是由外部环境或内在的随机竞争在有限的人口，和演化动力学是随机的。在这里，我们表明，经过适当的粗粒化，随机波动产生耗散灭绝，因为在相空间中的所有竞争物种的演化轨迹具有正曲率。作为一个示范性的例子，我们比较了洛特卡-沃尔泰拉模型中的涨落诱导耗散动力学与数值模拟，发现令人印象深刻的协议。我们的发现与统计力学中的涨落耗散定理密切相关，但显著的区别在于一般演化动力学的非平衡本质。由于演化中的生态系统远离平衡，波动与耗散之间的关系往往是复杂的，并依赖于微观细节。因此，值得注意的是，轨迹曲率的一般正性保证了看似无害的波动所产生的耗散。非预期耗散动力学是传统复制子方程无法描述的，它在研究生态系统生物多样性中起着至关重要的作用。
2014-11-24 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
Environment driven oscillation in an off-lattice May--Leonard model
竞争物种的循环优势是一个被广泛使用的工作假说，以解释某些生命系统中的生物多样性，其中进化选择原则将决定一个单一的胜利者。从技术上讲，五月-伦纳德模型提供了一个数学框架来描述所提到的非传递相互作用的竞争物种时，个人的运动也被认为是在一个空间系统。由竞争物种组成的新出现的旋转螺旋是经常观察到的结果模式的特征。但是，当我们改变影响个体总体活力的外部环境时，这些螺旋形的模式会如何变化？基于这个问题，我们提出了一个非格子的版本的传统梅-伦纳德模型，它允许我们逐渐改变环境的实际状态。这可以通过引入局部承载力参数来实现，该参数的值可以在非网格环境中温和地变化。我们的研究结果支持以前的分析中获得的一个更复杂的集合种群模型，我们表明，众所周知的旋转螺旋变得明显，在一个良性的环境中，当人口的一般密度高。伴随的竞争物种的时间依赖性振荡也可以被检测到的振幅和频率显示的参数，表征环境的状态的标度律。这些观察结果强调，假设的非传递性相互作用本身是不足以安全地维持生物多样性的条件，但环境的实际状态，这是一般生活条件的特点，也起着决定性的作用，对相关系统的演变。
2021-06-03 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
A Duality Approach to the Genealogies of Discrete Non-Neutral Wright-Fisher Models
研究了群体遗传学中的离散祖先问题。在中性的情况下，对偶性的概念已被证明是特别感兴趣的理解向后的时间祖先的过程，从向前的时间分支的人口动态。我们表明，对偶公式仍然是非常有用的离散非中立Wright-Fisher模型时。这涉及一类具有完全单调（CM）偏差概率的非中性模型。我们表明，遗传学文献中使用的大多数经典偏差概率都属于这种CM类别，或者通过我们定义的某种“互惠机制”服从于它。接下来，使用CM函数的初等代数，一些建议的新的进化机制的潜在利益进行了介绍和讨论。
2008-11-06 cond-mat.stat-mech math.PR math.ST
Genetic correlations greatly increase mutational robustness and can both reduce and enhance evolvability
基因型-表型（GP）图谱中的突变邻域被广泛认为比随机机会预期的更有可能共享特征。正如约翰·梅纳德·史密斯（John Maynard Smith）所指出的那样，这种遗传相关性会对演化动力学产生强烈影响。我们通过比较三个GP图- RNA SS，HP三级，Polyominoes蛋白质四级结构-与一个简单的随机空模型来探索和量化这些直觉，该模型保持映射到每个表型的基因型数量，但随机分配基因型。在这些GP图中的基因型的突变邻域比在随机空模型中更可能包含映射到相同表型的（突变中性）基因型。这些中性相关性可以将突变的鲁棒性提高到空模型的数量级，将鲁棒性提高到形成大型中性网络的临界阈值以上，从而增强中性探索的能力。我们还研究了{ \em非中性相关}：与空模型相比，i）如果一个特定的如果在基因型的1-突变邻域中发现一次（非中性）表型，则在该邻域中多次发现该表型的机会大于预期; ii）如果两个基因型由单个中性突变连接，则它们各自的非中性1-突变邻域更可能相似; iii）如果基因型映射到折叠或自组装表型，则其非中性邻居不太可能是潜在有害的非折叠或非组装表型。类型i）和类型ii）的非中性相关性降低了通过中性探索发现新表型的速度，因此可能会降低可进化性，而类型iii）的非中性相关性可能会促进进化探索，从而增加可进化性。
2016-03-07 q-bio.PE
Weak Convergence of Non-neutral Genealogies to Kingman's Coalescent
本文在标准假设下证明了经历突变和选择的非中性粒子系统谱系在 càdlàg 路径空间上弱收敛于 Kingman 凝聚过程，突破了以往仅有限维分布收敛的限制，为整个谱系树的分析提供了理论基础。
2023-04-19 math.PR q-bio.PE stat.CO
Genealogical processes of sequential Monte Carlo methods and other non-neutral population models under rapid mutation
Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University of Warwick（华威大学）
本文证明在适当时间重标度下，一类广泛的非中性种群进化模型的谱系树收敛到Kingman合并过程，并应用于遗传算法和序贯蒙特卡洛方法，简化了先前证明并纠正了错误。
2026-06-24 math.PR q-bio.PE stat.CO
