Monte Carlo modeling of the effect of extreme events on the extinction dynamics of animal species with 2-year life cycles
我们的论文通过计算探索了极端事件导致死亡率突然飙升的动物物种的灭绝动力学。在我们的研究中，动物物种有2年的生命周期，在正常情况下具有很高的生存概率。我们所提出的方法不涉及任何约束的假设，环境变量或捕食者-猎物的关系。相反，这是基于一个简单的前提，即如果以每年为基础进行观察，人口数量与去年相比会有所增加或减少。这个概念是从随机金融学的资产定价理论中借用的。我们的研究结果表明，极端事件的最大冲击大小（即极端事件可能导致的最大直接死亡人数）超过原始种群规模的三分之二，可能会导致任何生命周期为2年的动物物种灭绝。
2005-06-22 q-bio.PE q-bio.QM
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
The equilibrium theory of life evolution
只有当我们比较与环境分离的不同物种时，地球上的表观生物多样性才存在。同时，共存的物种在能量相互作用方面必须相同。把生物圈看作是一个化学反应网络。这导致了这样的结论，即驱动生命进化的力量可能在分子转化的过程中被发现。从热力学的观点来看，当反应物的化学势相等时，反应粒子系统达到稳定状态。参与并发反应的化合物之间的相互作用及其化学势的平衡是生物进化的本质和唯一的驱动力。
2005-10-12 q-bio.PE
Asymmetric Variability: The Impact of Uneven Stochasticity on Competitive Dynamics
本文构建具有不同生活史的两物种竞争模型，在迁移、选择和环境随机性下推导固定概率与时间等解析结果，以揭示不均匀随机性对物种存续、灭绝及群落均匀度的影响。
2025-01-08 q-bio.PE
Coalescence 2.0: a multiple branching of recent theoretical developments and their applications
群体遗传学理论为基因组学分析奠定了基础，包括最近基因组扫描的爆发，用于许多原核生物、动物和植物物种中过去人口统计事件的选择和统计推断。在自然选择下识别SNP和支持物种适应依赖于解开随机过程（突变，漂移，迁移）的选择对核苷酸变异性的各自贡献。大多数理论和统计检验都是使用基于Wright-Fisher总体模型的Kingman溯祖理论开发的。然而，这些理论模型依赖于生物和生活史的假设，这可能会违反许多原核生物，真菌，动物或植物物种。本文综述了多重合并合并模型（Λ-合并模型、β-合并模型、Bolthausen-Snitzman模型、β-合并模型）的理论进展。我们明确了这些新模型如何考虑到各种普遍的生态和生物学特征，生活史〈动〉<动>特征或生活周期〈动〉<动>，这些特征在以前的理论中没有考虑到，例如1）海洋物种典型的后代生产的偏斜，2）快速适应的微寄生虫（病毒、细菌和真菌）在流行病期间种群规模变化很大，（3）真菌和细菌交替的有性和无性循环的独特生活周期〈动〉;（4）空间结构种群的高繁殖-繁殖率。最后，我们讨论了多个合并模型的相关性，在这些物种的选择下，非常大的样本量的人口基因组学的SNP检测，并主张潜在地检查以前的群体遗传学研究的结论。
2014-01-21 q-bio.PE
Effects of growth rate, size, and light availability on tree survival across life stages: a demographic analysis accounting for missing values and small sample sizes
植物存活是森林动态的一个关键因素，其存活概率往往因生命阶段而异。专门针对评估树木生存的研究是不寻常的，因此最初为其他目的设计的数据往往需要使用;这些数据比为这一特定目的收集的数据更有可能包含错误。我们调查了10个树种的存活率在一个旨在监测生长率的数据集。由于有些人在某些时间点没有包括在人口普查中，我们使用捕获标记再捕获方法，使我们能够考虑失踪的个人，并估计搬迁概率。在预测存活率的模型中，将生长率、大小和光可用性作为协变量。这项研究表明，树木死亡率最好描述为恒定的几年之间的大小依赖于早期的生命阶段和大小独立的在以后的生命阶段的大多数物种的英国硬木。我们已经证明，即使是20年的数据集，也有可能辨别出个体之间和物种之间的变异性。我们的工作说明了潜在的效用的方法在这里应用于计算植物种群动力学参数的时间重复数据集，小样本量和缺失的个人没有任何损失的样本量，并包括解释协变量。
2015-01-30 q-bio.PE
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
Beyond species area curves: a theoretical approach to the relationship between diversity and area
Princeton University（普林斯顿大学）
该研究突破传统物种-面积曲线局限，借助空间中性模型结合理论与模拟，揭示希尔数等有效物种数与面积的关系，为生物多样性研究提供新理论视角。
2026-09-03 q-bio.PE
Classification of life by the mechanism of genome size evolution
生命的分类应该基于生命进化的基本机制。我们发现，物种之间的全球关系应该是循环系统发育，这与基于系统发育树的常识有很大的不同。通过对当代物种蛋白质长度分布的分析，可以清楚地观察到系谱圈。因此，我们建议域可以定义为区别系统发育圈，这是全球性的和稳定的生活系统的特征。阐明了基因组大小进化的机制，从而解释了C值之谜的主要组成问题。根据蛋白质长度分布的相关性和准周期性，我们还可以将生命分为三个域。
2009-05-17 q-bio.GN q-bio.PE
The genetic signature of (astronomically induced) life extinctions
目前对超新星和伽马射线爆发事件的理解表明，如果其中一个或多个事件在过去碰巧撞击地球，对生物圈会产生重要影响。在本文中，我们评估的可能性，可能发生的生命灭绝，由于过量的辐射发生在地质过去可能会留下一个基因签名的幸存物种。我们强调的签名，这些预防措施，提出了一个定量模型来评估物种的生存概率，基于动力学方面的突变频率和DNA修复率。
2005-09-24 astro-ph q-bio.PE q-bio.QM
Effects of stage structure on coexistence: mixed benefits
所有个体都相同的竞争模型的属性相对较好理解;然而，青少年和成年人可以体验或产生不同的竞争。在这里，我们研究了不太知名的结构化竞争模型在离散时间，允许多个生活史〈动〉<动>参数依赖于成人或少年人口密度。Ricker密度依赖的数值研究表明，当竞争系数对少年的生存和生育力反映相反的竞争层次，阶段结构可以促进共存。我们重新审视并扩展这些结果。首先，通过一个Beverton-Holt两物种的幼年-成年模型，我们证实了这些发现并不依赖于密度依赖或生活周期〈动〉<动>的细节，并获得了解释这种共存出现的阶段结构可以发生的解析表达式。其次，我们使用社区水平的敏感性分析，这种紧急共存是强大的参数值的扰动。最后，我们问这些结果是否从两个到多个物种，使用模拟。我们发现，他们没有，作为共存出现的阶段结构只看到非常相似的生活史参数。因此，这种紧急共存不太可能是非常多样化的生态系统中共存的关键机制，尽管它可能有助于解释某些激烈竞争的物种对的共存。
2023-03-21 q-bio.PE
Revising the global biogeography of annual and perennial plants
本研究构建包含235,000种植物的数据库绘制其全球生物地理图，发现一年生植物仅占6%且受最干旱季度温降驱动，并预测气候变化将加剧一年生植物主导趋势，威胁生态系统服务。
2023-07-31 q-bio.PE
Hedging our bets: the expected contribution of species to future phylogenetic diversity
如果物种灭绝的预测成立，那么今天的“生命之树”可能与（比如）100年后的完全不同。我们描述了一种技术来量化每个物种可能对未来生物多样性做出多大贡献，以其对系统发育多样性的预期贡献来衡量。我们的方法考虑了所有可能的情况下，将在未来的某个时间存在的物种集，并根据其可能性下的独立（但不相同）分布的物种灭绝的权重。虽然灭绝的情况下，通常可以是非常大的数量，我们表明，有一个简单的算法，将快速计算这个指数。该方法的实施和应用的原猴纲灵长类动物作为一个测试案例，相关的物种排名进行比较，相关的措施（“沙普利指数”）。我们描述的指数生根和无根树，和修改，也包括焦点类群的灭绝概率，使其直接可比一些新的保护指标。
2007-04-20 q-bio.PE
An evolutionary medicine and life history perspective on aging and disease: Trade-offs, hyperfunction, and mismatch
本文从进化医学和生活史理论出发，围绕IGF-1、mTOR、AMPK和Klotho等机制，提出合成代谢与分解代谢失衡、功能亢进及环境失配共同驱动衰老和慢性病，并讨论了未来研究方向与治疗启示。
2025-04-11 q-bio.PE
Food web framework for size-structured populations
我们综合传统的非结构化食物网，异速生长的身体大小缩放，基于特征的建模，生理结构化建模，提供一个新的和生态相关的工具大小结构化的食物网。该框架允许食物网〈动〉<动>模型，包括个体发育生长和生活史杂食动物在个人水平上解决每个物种的人口结构作为一个大小谱。每个物种的特征是“成熟时的大小”，所有模型参数都是通过与个体大小和成熟时的大小进行缩放而使物种独立的。参数值是确定从跨物种分析的鱼类群落的生活史杂食性是广泛的水生系统，但可能会reparameterised为其他系统。一个合奏的食物网的产生和由此产生的社区进行了分析，在四个层次的组织：社区水平，物种水平，性状水平和个人水平。该模型可以通过假设社区频谱遵循幂律来解析地求解。该解析解提供了一个复杂食物网〈动〉<动>模拟结果的基线预期，并同意与1）生物量分布作为个体大小的函数，2）生物量分布作为成熟时大小的函数，和3）捕食者-猎物之间的关系？完整的模型还预测了多样性分布作为成熟时大小的函数。
2010-12-06 q-bio.PE
Explaining excitable population dynamics in bark beetles: From life history to large, episodic outbreaks
本研究以山松甲虫（MPB）为案例，通过实证校准模型揭示其5项生物学特征，解释其暴发性可激种群动态机制，提出最小机制模型，首次将MPB确立为生态学可激动力学的实证案例。
2024-12-11 q-bio.PE
Specieslike clusters based on identical ancestor points
本文提出基于相同祖先点的物种状聚类概念，通过引入两个公理减少物种定义的主观性，并证明其有效性。
2026-02-05 q-bio.PE
Speciation-rate dependence in species-area relationships
物种数量（S）随取样面积（A）增加的一般趋势构成了生态学最强有力的经验法则之一，可通过物种-面积关系（SAR）进行量化。在许多生态系统中，SAR曲线显示幂律依赖性，$S\propto A^z$。指数$z$总是小于1，但在不同的生态系统中表现出显着的变化。我们研究的多类型的选民模型作为一个最简单的模型，能够再现SAR类似于在真实的生态系统中观察到的基本生态过程，如出生，扩散和物种形成。在该模型中，物种面积指数$z$取决于无量纲形态形成率$ν$，即使详细的依赖性仍然是有争议的问题。我们提出了广泛的数值模拟在广泛的范围内的形态形成率从$ν=10^{-3}$到$ν= 10^{-11}$，其中模型再现的指数值在自然界中观察到的。特别是，我们表明，种面积指数的倒数线性依赖于$ν$的对数。此外，我们将模型结果与从以前的研究中收集的现场数据进行比较，为此我们将物种形成率的影响与不同物种的寿命分开。我们发现，物种寿命的对数与反指数之间有很好的线性关系。然而，斜率设定的物种形成率的界限，很难在进化的基础上是合理的，这表明应考虑到额外的影响，以一致地解释所观察到的指数。
2009-08-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Hierarchical Conditioning of Diffusion Models Using Tree-of-Life for Studying Species Evolution
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University of California, Irvine（加利福尼亚大学欧文分校）；Tulane University（杜兰大学）；Battelle（巴特尔公司）；Duke University（杜克大学）；University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
本文提出Phylo-Diffusion框架，将生命之树的层级嵌入用于条件化扩散模型，并通过性状掩蔽与交换实验，从图像中可视化并揭示鱼类和鸟类的演化性状变异机制。
2024-07-31 cs.CV cs.LG q-bio.PE
The storage effect is not about bet-hedging or population stage-structure
存储效应是对随时间变化的环境中共存的一个众所周知的解释。像许多复杂的生态学理论一样，储存效应通常被用来解释观察到的共存现象，而不是仔细应用一个详细的模型。一种解释说，物种通过专门化特定的环境状态而共存，因此必须有一个强大的生命阶段（例如，长寿的成年人，一个种子银行），以便"等待"有利的条件。在这里，我们表明，这种广泛使用的解释可能是误导。多个模型表明，阶段结构，寿命长，世代重叠既不是必要的，也不是足够的存储效果。在稳健生命阶段确实会产生储存效应的模型中，它不会通过防止随机灭绝或改善相对赌注对冲来实现这一点。一个稳健的生命阶段最好被理解为满足储存效应的一个抽象条件的许多方法之一：环境和竞争对人均增长率的相互作用。使用一年生植物在西班牙的地中海草原的数据集，我们表明，这种相互作用的影响之间发生的水的可用性和发芽的竞争对手的数量，导致存储在没有一个持久的种子库。希望揭示储存效应的经验主义者应该在物种生命周期的所有阶段寻找环境条件和竞争之间的相互作用效应--这很容易用多元回归来识别。
2023-01-12 q-bio.PE
Estimating body mass in the leatherback turtle Dermochelys coriacea
体质量是一个主要的生活史〈动〉<动>，并为生物体的所有生活过程提供了一个尺度。不幸的是，许多物种的体重不容易测量，因为实际捕获和称重它们涉及后勤困难。对于海龟来说尤其如此，海龟是大型脊椎动物，大部分时间都在海上度过。在这里，我们开发了一个一般的线性模型来预测体重从17个形态测量获得49棱皮龟筑巢在Awala Yalimapo海滩，法属圭亚那，南美洲。逐步后向分析剔除独立参数P > 0.001，表明体重（kg）=-709.146 +3.391MedianBodyCirc（cm）+2.664SCCL（cm），其中SCCL为标准曲线背甲长度，MedianBodyCirc为SCCL一半时的体围，其估计准确率为93%。敏感性检验表明，该简约模型具有稳健性，因为SCCL变化1-2 cm时，估计体重可能变化0.7-1.3%，周长变化1- 2 cm时，估计体重可能变化0.9-1.7%。棱皮龟从法属圭亚那较大，较重的比在所有其他筑巢地点研究到目前为止，这表明无论是怀孕棱皮龟饲料在法属圭亚那的筑巢季节，和/或该物种可能表现出特定于网站的增长策略。需要进一步的研究来验证这些假设，包括对其他筑巢种群实施类似的简单模型，以便更好地了解这种濒危物种的生活史〈动〉<动>。
2006-11-17 q-bio.PE
Probabilistic Models for the (sub)Tree(s) of Life
这些讲座的目的是回顾随机树模型在进化生物学中用于模拟基因树或物种树的一些数学方面。我们从树的形状随机模型（没有边长的有限树）开始，最后是Aldous分支模型的$β$族。接下来我们介绍实树（树作为度量空间），并说明如何通过它们的轮廓来研究它们，只要它们被适当地测量和排序。然后，我们专注于简化树或合并树，这是由在同一固定时间存活的个体/物种跨越的树。我们展示了如何减少树，像任何紧凑的超度量空间，可以表示在一个简单的方式通过所谓的梳度量。随机梳的漂亮例子包括金曼聚结过程和聚结点过程。我们最终展示了结合点过程在物种多样性推断、保护生物学和流行病学方面的一些最新生物学应用。
2016-07-08 math.PR q-bio.PE
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
A network theoretic study of ecological connectivity in Western Himalayas
采用网络理论方法对西喜马拉雅地区风媒植物Abied pindrow、Betula utilis和Taxus wallichiana在景观水平上的生态信息流、生长和连接性进行了建模和研究。一个网络的形式化定义和推导上述物种的种子扩散模型，其中顶点表示栖息地补丁之间的距离小于一个阈值距离连接的边缘。我们定义了网络的中心性，并通过计算确定了栖息地斑块，这些斑块是整个网络中种子分散过程的核心。我们发现，生境斑块网络是一个无标度网络，同时它也表现出小世界性质的特点，高聚类和低的平均最短路径长度。由于高度的聚类，种子在簇的成员顶点之间相互分散，物种的传播是局部均匀的。此外，由于每个顶点距离其他顶点只有很短的步数，物种很快就覆盖了组件中的所有栖息地斑块。此外，由于网络中的枢纽的存在，当物种在枢纽斑块中建立并茁壮成长并分散到相邻斑块时，物种的传播会大大促进。然而，由于地理限制，网络不是模块化的，并且由于高度数的顶点连接到低度数的顶点，因此是负互锁的。
2016-10-03 q-bio.PE
Species tree estimation using Neighbor Joining
最近的理论工作表明，应用相邻连接的DNA序列是一个统计上一致的物种树重建方法。这篇简短的笔记将这种方法的准确性与其他流行的统计一致的物种树重建算法进行了比较，包括使用平均基因树节点间距离（NJst）和SVD-Quartets+PAUP* 的ASTRAL-II邻居连接，以及使用最大似然（RaxML）的连接。我们发现，更快的邻居加入，适用于级联序列，是这些方法中最有效的准确的物种树重建。
2016-12-06 q-bio.PE
Unification of species, gene, and cell trees for single-cell expression analyses
本文提出统一的树框架，将物种、基因、细胞系统发育和细胞谱系整合为细胞生命之树，以识别同源基因和细胞群并检验细胞基因表达进化假设，从而改进跨物种scRNA-seq比较分析。
2023-07-05 q-bio.PE
Modeling of Bovine Spongiform Encephalopathy in a Two-Species Feedback Loop
牛海绵状脑病，也被称为疯牛病，当一头牛食用含有另一个体受感染组织的饲料时，就会传播，形成一个物种反馈回路。这种反馈是BSE在流行条件下传播的主要途径。在欧盟和其他地方爆发疫情后，许多政府颁布了立法，旨在通过消除或减少农业系统中的单一物种反馈回路来限制此类疾病的传播。然而，两个物种的反馈回路-其中一个物种的感染性物质被第二个物种消耗，第二个物种的组织然后被第一个物种消耗-并没有被普遍禁止，以前也没有被研究过。在这里，我们提出了一个基本的生态疾病模型，检查的作用反馈回路可能发挥在疯牛病和相关疾病的传播。我们的模型表明，感染的扩张和减少之间存在临界阈值，与宿主的寿命，朊病毒的生长速度和宿主之间循环的朊病毒的数量有关。生态疾病动态可以是内在振荡的，具有爆发以及不应期，这可以使疾病在仍在增加的同时看起来受到控制。我们表明，非易感物种，已被故意插入到一个反馈回路，以阻止疾病的传播，严格地说，本身，保证其控制，虽然他们可能会给这种外观，通过增加不应期的流行病的振荡。我们建议的方式，年龄相关的动力学和跨物种耦合应考虑在持续的评估，旨在保持安全的食品供应。
2015-11-13 q-bio.PE
Long-branch attraction in species tree estimation: inconsistency of partitioned likelihood and topology-based summary methods
随着测序技术的进步，现在有来自所有生命的大量基因组数据，从而有可能构建一个强大的生命之树。然而，“基因树异质性”，即不同的基因组区域可以不同地进化，是多位点数据集中的常见现象，并且降低了不考虑这种异质性的物种树估计的标准方法的准确性。已经开发了用于物种树估计的新方法，其专门解决基因树异质性，并且已经证明当基因座的数量和每个基因座的位点的数量都增加时（即，这些方法被称为“统计上一致的”）。然而，很少有人知道的生物现实条件下，每个位点的数量是有界的。我们表明，当每个位点的序列长度是有界的（由任何任意选择的值），最常见的方法物种树估计，考虑异质性（即，传统的完全分区的级联最大似然法和通过组合基因树来估计物种树的称为汇总法的较新方法）在统计上是不一致的，即使在异质性受到极大限制时也是如此。主要的挑战是存在的条件，如长分支的吸引力，创建有偏的树估计时，网站的数量是有限的。因此，我们的研究揭示了一个根本的挑战，树种树估计使用传统和新的方法。
2018-03-07 cs.CE math.PR math.ST
Map of Life: Measuring and Visualizing Species' Relatedness with "Molecular Distance Maps"
University of Western Ontario（西安大略大学）；Microsoft Corporation（微软公司）；Oxford University（牛津大学）
我们提出了一种新的方法组合，（i）描绘的DNA序列作为图像的定量特征，（ii）计算这些图像之间的距离，和（iii）使用这些距离输出的地图，其中每个序列是一个共同的欧几里得空间中的一个点。在由此产生的“分子距离图”中，每个点都代表一个DNA序列，任何两个点之间的几何距离反映了相应序列和物种之间的相关程度。分子距离图展示了物种之间关系的令人信服的视觉表示，并可用于分类学澄清，物种识别和进化历史的研究。该方法的优点之一是其普遍适用性，因为不需要序列比对，选择用于比较的DNA序列可以是不同基因组中完全不同的区域。事实上，这种方法可以用来比较任何两个DNA序列。例如，在我们的3，176个线粒体DNA序列的数据集中，它正确地找到了与解剖学上的现代人类（尼安德特人，丹尼索瓦人和黑猩猩）最密切相关的线粒体DNA序列，它发现与它最不同的序列属于黄瓜。此外，我们的方法可以用来比较真实的序列，人工，计算机生成的DNA序列。例如，它被用来确定智人mtDNA和相同长度和相同三核苷酸频率的人工序列之间的距离可以大于相同人类mtDNA和果蝇mtDNA之间的距离。我们证明了这种方法的分类澄清的潜力，通过将其应用到各种各样的情况下，历史上一直有争议的，如属Polypterus，家庭Tarsiidae，和巨大的（超）王国原生生物。
2013-07-14 cs.CV q-bio.GN q-bio.PE
Effects of correlated interactions in a biological coevolution model with individual-based dynamics
最近已经研究了协同进化模型，其中物种由位串形式的基因组定义，物种i和j之间的相互作用由具有独立随机分布元素的固定矩阵M_{ij}给出。随机独立性的一个结果是，即使基因型相差一个位，物种也可能具有完全不同的表型。这显然是不现实的，因为密切相关的物种在与生态系统其他部分的相互作用方面应该是相似的。因此，在这里，我们研究一个模型，其中的M_{ij}相关的可控程度。我们计算，分析和数值，矩阵元素M_{ij}和M_{kl}的相关函数与代表物种的位串之间的汉明距离。我们比较Monte Carlo模拟的协同进化模型与不相关和相关的相互作用。特别是，我们考虑个别物种的寿命。在不相关和相关的情况下，物种寿命分布接近于指数接近-2的幂律。多样性指数的准稳态持续时间和功率谱密度显示出明显的差异。然而，一些定性的功能，如1/f行为的多样性指数的功率谱密度，不受相互作用矩阵中的相关性。
2005-07-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Determining species tree topologies from clade probabilities under the coalescent
从基因树的集合估计物种树的一种方法是首先从基因树估计进化枝的概率，然后从估计的进化枝概率构建物种树。虽然一个贪婪的共识算法，它连续接受最可能的分支与以前接受的分支兼容，可以用于此第二阶段，这种方法是已知的统计不一致的多物种合并模型下。这就提出了一个问题，即理论上是否有可能从基因树上已知的分支概率重建物种树。我们调查分支的概率所产生的多物种合并模型，着眼于识别功能的物种树。基因树上的分支与概率大于1/3的物种树上的分支，而那些较小的概率可能不会反映。分支概率的线性不变量进行了研究计算和理论上，与某些线性不变量的物种树的分支结构的洞察。对于具有一般边长度的物种树，这些不变量可以用来识别物种树拓扑。这些理论结果都证实，分支概率包含的物种树的拓扑结构的全部信息，并建议未来的研究方向发展统计一致的推理方法，从基因树上的分支频率。
2011-03-02 math.AG q-bio.PE
Stochastic Models for Phylogenetic Trees on Higher-order Taxa
简单的随机模型的系统发育树的物种已经得到了很好的研究。但是，许多古生物学数据关注的是更高级分类群的时间序列或树木，而任何关于现存群体之间关系的广泛图景都需要使用更高级分类群。一个连贯的模型，树（说）属应该包括一个物种水平的模型和一个模型的分类方案，物种被分配到属。我们提出了一个这样的模型的一般框架，并描述了三种替代的分类方案。结合Aldous-Popovic（2005）的种级模型，得到了高阶树的模型，并对高阶树模型进行了分析研究。特别是，我们推导出公式的寿命属，每属的物种数的分布，并为后代结构的树属。
2007-08-28 math.PR 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
Species tree estimation using ASTRAL: how many genes are enough?
从基因组数据重建物种树越来越多地使用的方法，占基因树不一致的来源，如不完整的谱系排序。从无根基因树拓扑结构重建物种树的一种流行方法是ASTRAL。在本文中，我们推导出ASTRAL所需的基因数量的理论样本复杂性结果，以保证重建正确的物种树的高概率。我们还验证了这些理论界的模拟研究。我们的研究结果表明，ASTRAL需要$\mathcal{O}(f^{-2} \log n)$基因树以高概率正确地重建物种树，其中n是物种数，f是物种树中最短分支的长度。我们的模拟，这是第一次测试ASTRAL明确的异常区下，显示的趋势与理论界限一致，也提供了一些实际的见解ASTRAL工作良好的条件。
2017-09-16 cs.CE math.PR math.ST
Distance-based species tree estimation: information-theoretic trade-off between number of loci and sequence length under the coalescent
MIT（麻省理工学院）；UW Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
我们考虑了在多物种结合下由多个基因重建一个系统发育。我们建立了一个连接与稀疏信号检测问题，其中一个试图区分分布和混合的分布和稀疏信号。使用这种连接，我们得到一个信息理论的权衡之间的基因，$m$，需要一个准确的重建和序列长度，$k$，基因的数量。具体来说，我们表明，检测一个分支的长度$f$，需要$m = Θ(1/[f^{2} \sqrt{k}])$。
2017-07-20 cs.LG math.PR math.ST
Interference competition and invasion: spatial structure, novel weapons and resistance zones
某些入侵植物可能依赖于干扰机制（如化感作用）。以获得对本地物种的竞争优势。但是，在干扰上花费资源可能会在另一个生活史特征上付出代价，因此干扰竞争对入侵生态学的意义仍然不确定。我们建立了生态入侵〈动〉<动>，当抢先竞争和干扰竞争的组合效应在邻域尺度上控制相互作用时。我们考虑三种情况。在“新武器”下，只有最初很少的入侵者才进行干涉。对于“抗性区”，只有留居种干扰，最后我们把两种都看作干扰竞争者。干扰增加了其他物种的死亡率，为殖民创造了空间。然而，一个物种行使更大的干扰减少了传播，这可能会阻碍其殖民开放的网站。在我们模型的均匀混合近似中，干涉从未增强稀有入侵者的增长。但是，如果相互作用是空间结构化的，干扰可以显着增加入侵者的竞争力，并在罕见的情况下增加其增长。也就是说，干扰可以增加入侵者的成功时，殖民开放的网站取决于当地，而不是全球，物种密度。与此相反，干扰增强了常见的，居民物种的抵抗入侵的空间结构无关，除非传播成本太大。背景死亡率的增加（即，死亡率不是由于干扰）总是降低干扰竞争的有效性。
2011-09-12 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
An empirical evaluation of four variants of a universal species-area relationship
生态学最大熵理论（METE）预测了一种普遍的物种-面积关系（SAR），该关系可以仅使用单一空间尺度上的总丰度（N）和物种丰富度（S）来充分表征。该理论已显示出在SAR中表征尺度依赖性的前景。然而，目前有四种不同的方法来应用METE来预测SAR，由于缺乏经验评估，目前还不清楚应该使用哪种方法。具体而言，METE可以递归或非递归地应用，并且可以使用理论或观察到的物种丰度分布（SAD）。我们使用来自16个数据集的经验数据比较了四种不同的方法组合，这些数据集包含1000多个物种和30万棵树木和草药。一般来说，METE准确地缩小了SAR（R^2> 0.94），但递归方法始终低于预测的丰富度，METE的准确性并不强烈依赖于使用观察到的或预测的SAD。这表明，使用METE缩放多样性的最佳方法是使用非递归缩放和理论丰度分布的组合，它允许在一个单一的尺度上的物种丰富度和总丰度的知识，在广泛的空间尺度上进行预测。
2013-11-08 q-bio.PE q-bio.QM
