Neutral species facilitate coexistence among cyclically competing species under birth and death processes
School of Statistics and Mathematics, Yunnan University of Finance and Economics（云南财经大学统计与数学学院）；School of Mathematics and Statistics, Xidian University（西安电子科技大学数学与统计学院）；Department of Applied Mathematics, Colleage of Applied Sciences, Kyung Hee University（韩国庆熙大学应用科学学院应用数学系）；G-LAMP NEXUS Institute, Kyung Hee University（韩国庆熙大学G-LAMP NEXUS研究所）
本研究探讨了中性物种在出生和死亡过程中如何影响环形竞争系统中的生物多样性，发现中性物种的积极干扰会减少其他物种比例，而有害干扰则增加竞争物种密度，从而维持生物多样性。
2026-02-18 physics.soc-ph 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
Linking statistical and ecological theory: Hubbell's unified neutral theory of biodiversity as a hierarchical Dirichlet process
中性模型假设物种之间的生态等价性，为群落组装提供了零模型。在哈贝尔的生物多样性统一中性学说〈动〉<动>（UNTB）中，许多地方社区通过不同的移民率与单一的元生态性联系在一起。我们的能力，以适应全面的多站点UNTB迄今为止一直受到限制，缺乏一个计算上易于处理和准确的算法。我们发现，一个大类的中性模型，这种大陆岛屿结构，但不同的当地社区动态收敛在大人口限制的层次狄利克雷过程。使用这种近似，我们开发了一个有效的贝叶斯拟合策略的多站点UNTB。我们还可以使用这种方法来区分给定非中立元属性分布的中立本地社区组装和元属性也中立组装的完整UNTB。我们将这种拟合策略应用于热带树木和包含来自278个人类肠道微生物组的570，851个序列的数据集。热带树木数据集与UNTB一致，但在整个社区层面上拒绝了人类肠道中性。然而，当我们将该算法应用于同一分类群内不同级别的分类分辨率的肠道微生物物种时，我们发现某些属内的物种丰度几乎与当地社区组装一致。在更高的分类级别上，情况并非如此。这表明肠道微生物群比宏观生物更强烈的生态位限制，不同的群体采用不同的功能角色，但在这些群体的多样性可能至少部分地保持中立。我们还观察到，在家庭Ruminococcaceae内的体重指数和移民率之间的负相关性。
2020-09-13 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
Communication-free and Parallel Simulation of Neutral Biodiversity Models
我们提出了一种新的通信自由算法基于个人的概率中性生物多样性模拟。该算法通过牺牲进程间通信的冗余计算，将一个中立的Moran生态系统模型转化为一个并行问题。具体来说，通过精心设计的随机数发生器，驱动模拟，我们安排进化的父-子相互作用建模，而不需要知识的相互作用，其参与者，或处理器正在执行的计算。重要的是，这意味着每个人都可以完全独立地模拟。因此，仿真是完全可再现的，而不管它分布在多少个处理器上。使用我们的新算法，仿真可以（1）拆分成独立的批处理作业，（2）在任何数量的异构机器上进行仿真-所有这些都不会影响仿真结果。我们使用Rust程序设计语言来构建可扩展和静态检查的仿真包$\texttt{necsim-rust}$。我们通过比较三种传统的模拟算法对我们的独立算法的CPU和GPU实现来评估我们的并行化方法。这些实验表明，只要保持一定的局部状态来剔除冗余个体，我们的独立算法是有效的现有的顺序解决方案。GPU实现进一步优于CPU上的所有算法，其系数范围从$\sim 2$到$\sim 80$，这取决于模型参数化和执行的分析。在我们已经研究的并行算法中，我们的独立算法提供了唯一的非近似并行化策略，可以扩展到大型模拟域。
2021-08-12 cs.DC 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
Bridging discrete and continuous formalisms for biodiversity quantification
已经提出了一些理论框架来解释观察到的生物多样性模式，从经典的生态位理论，主要采用连续的形式主义，中性理论，基于离散社区的统计力学。生物多样性描述的差异可能是由于基本模型的离散或连续性质以及内部或外部扰动在其公式中出现的方式而产生的。在这里，我们跟踪随机种群动力学对生物多样性的影响，从个体的规模到社区，并基于离散和连续表示的系统，通过一贯使用的措施，社区多样性，如物种丰度分布和秩丰度曲线，并将它们应用到离散和连续的人口。一种新的措施，社区丰富度分布，介绍了方便的比较不同层次的描述，从微观到宏观。使用一个简单的出生和死亡过程和相互作用的人口模型，我们突出了离散和连续分布的差异，并讨论了稀有物种和灭绝动力学分析的相关影响。对这些问题的定量考虑有助于更好地理解非中性过程的贡献和生物多样性各种措施的数学近似。
2019-10-31 q-bio.PE q-bio.QM
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
Self-organized biodiversity and species abundance distribution patterns in ecosystems with higher-order interactions
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 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
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
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
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
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
Diversity patterns and speciation processes in a two-island system with continuous migration
地理隔离是物种形成的核心机制，但种群的完全隔离是罕见的。虽然物种形成可能会受到阻碍，如果基因流是大的，中间水平的迁移可以通过引入遗传新的半隔离的人群或建立小社区的移民，加强物种形成。在这里，我们考虑了两个岛屿的中性模型的物种与连续迁移和研究多样性模式的迁移概率，人口规模，和参与生殖隔离〈动〉<动>（被称为基因组大小）的基因数量的函数。对于小的基因组，低水平的迁移诱导了岛屿上的物种形成，否则不会发生。多样性，但是，急剧下降到一个单一的物种居住在两个岛屿的迁移概率增加。对于大的基因组，即使岛屿是严格隔离的，同域物种形成也会发生。然后，每个岛屿的物种丰富度随着迁移的可能性而增加，但物种总数随着它们成为世界性的而减少。对于每个基因组大小，每个种群大小都有一个最佳迁移强度，使物种数量最大化。我们讨论了观察到的迁移引起的物种形成模式，以及它们如何增加岛屿系统中的物种丰富度，同时促进岛屿之间的不对称性，阻碍特有性。
2022-06-07 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
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
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
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
A seed-diffusion model for tropical tree diversity patterns
用简单的格点模型对热带森林群落的树种多样性格局进行了模拟，并采用回溯法进行了Monte Carlo模拟。我们的空间显式中性模型是基于一个简单的统计物理过程，即种子的扩散。该模型有三个参数：物种形成率，所研究的树木社区嵌入的元社区的大小，和种子的平均存活时间。通过广泛的计算机模拟，我们的目的是复制相关的统计措施，从巴罗科罗拉多岛树木普查的实验数据在1995年。该模型的前两个参数被固定为已知值，所研究的社区的特征，从而获得一个模型，只有一个自由可调的参数。在此基础上，用种子平均存活时间这一参数同时拟合了研究区域内的平均物种数、物种相对多度分布、种-面积关系以及多度物种中个体的空间自相关函数。
2012-03-05 q-bio.PE
