Bet-hedging against demographic fluctuations
生物有机体必须应对外部环境和内部种群动力学的随机变化。理论研究和实验室实验表明，种群多样性可能是适应不同环境的有效赌注对冲策略。在这里，我们表明，赌注对冲也可以有效地对抗人口波动，即使在一个恒定的环境中，人口的增长和生存之间的权衡。一个物种可以通过多样化成为“快速生长”和“生存更好”的个体共存的亚群，从而在长期内最大限度地提高其总体丰度。我们的模型概括了统计物理模型的出生-死亡过程，包括扩散，在此期间，新的人口被发现，并可以进一步纳入当地环境的变化。通过这种方式，我们将针对人口和环境变化的不同赌注对冲策略统一起来，作为适应人口增长中这两种不确定性的一般手段。
2017-08-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
The role of demographic stochasticity in a speciation model with sexual reproduction
最近的理论研究表明，人口统计随机性可以大大增加无性繁殖的表型多样性生物体自发进化成局部集群的趋势，这表明同域物种形成的简单机制。在这里，我们研究的作用，人口统计随机性的竞争生物体的模型受到竞争性交配。我们发现，在模型与有性生殖，噪声也可以导致形成的表型集群的参数范围内，确定性模型将导致均匀分布。在某些情况下，噪声可能会产生相当大的影响，使确定性建模不足以理解表型分布。
2016-03-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Interactions and migration rescuing ecological diversity
本研究揭示异质相互作用与迁移在人口噪声下维持生态多样性的新机制，并利用早期预警信号预测灾难性灭绝转变。
2024-02-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Reducing the extinction risk of stochastic populations via non-demographic noise
我们认为非人口噪声的形式的不确定性的反应步长，并揭示了一个戏剧性的影响，这种噪声可能有自我调节种群的稳定性。采用反应方案mA->kA，但允许，例如，的产品数量k是先验未知的，并从一个给定的分布采样，我们表明，这种非人口统计噪声可以大大降低人口的灭绝风险相比，固定k的情况下。我们的分析进行了测试，对数值模拟，并通过使用不同物种的经验数据，我们认为，某些分布可能比其他更有利于进化。
2018-02-11 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Demographic noise in complex ecological communities
本文构建随机相互作用的基于个体生态群落模型，研究人口噪声导致的灭绝，发现相互作用越复杂通常越不易灭绝，但纯捕食者—猎物系统虽在确定性模型中稳定却格外脆弱。
2022-07-08 cond-mat.dis-nn 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
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
Extinction drives emergent metastability in complex ecosystems
University of Bath（巴斯大学）
该研究将种群统计随机性纳入复杂生态系统的规则模型，发现其通过剔除低丰度物种提升系统稳定性，存活物种比例呈重尾衰减，使生态系统在混沌确定性极限下自稳定并涌现亚稳态。
2026-08-17 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Predation effects on mean time to extinction under demographic stochasticity
预测物种灭绝的概率和时间的方法通常基于理论模型和经验数据的结合，并侧重于单个物种的种群动力学。当然，物种之间也会相互作用，形成或多或少复杂的相互作用网络。评估灭绝风险的模型往往缺乏这些种间相互作用的明确纳入。我们研究了一个出生和死亡的过程，其中死亡率包括捕食的影响。这个捕食率包括通过一个一般的非线性表达式捕食猎物密度的功能反应。我们调查的觅食参数（如攻击率和处理时间）的平均灭绝时间的影响。当我们改变觅食参数时，平均灭绝时间的数量级变化，即使我们排除了这些参数对平衡种群规模的影响。特别是，我们观察到的平均时间灭绝处理时间的指数依赖。这些发现清楚地表明，占种间相互作用的性质可能是至关重要的估计灭绝风险时。
2012-06-08 q-bio.PE
Effects of demographic stochasticity on biological community assembly on evolutionary time scales
我们研究了人口统计随机性对社区集会的生物协同进化模型的长期动态的影响。为了检验确定性种群动力学的有效性，引入了噪声。互惠群落对随机种群波动的依赖性很小，而捕食者-被捕食者模型对随机性的依赖性很强，这表明种群的有限性是相关的。对于捕食模型，噪声会导致种群多样性和总规模的急剧下降。在噪声影响下出现的群落由相互强耦合的物种组成，并且在固定点种群周围具有比相应的无噪声模型更强的线性稳定性。捕食者-食饵模型的演化时间尺度上的动力学也被噪声所改变。近似的$1/f$波动观察噪声，而$1/f^{2}$波动被发现的模型没有人口统计学噪声。
2010-04-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Stability of two-species communities: drift, environmental stochasticity, storage effect and selection
有限大小群落中两个竞争种群的动态是群体遗传学和群落生态学中研究最多的问题之一。随机波动不可避免地导致其中一个物种的灭绝，但相关的时间尺度取决于潜在的动态。社区的持续时间已经计算了中性模型，其中系统的唯一驱动力是漂移（人口统计随机性）和强选择模型。本文根据近年来对环境随机性在经验系统中的重要性的分析，提出了一个考虑漂移、环境变化和与时间无关的选择优势的两种群群落持续时间的一般理论。
2016-11-29 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Heteroclinic cycling and extinction in May-Leonard models with demographic stochasticity
May和Leonard（SIAM J. Appl. Math 1975）提出了一个具有异宿循环的三种群Lotka-Volterra型种群模型。而不是产生一个周期性的极限环，轨迹需要越来越长的时间来完成每个“周期”，越来越接近不稳定的固定点，其中一个人口占主导地位，其他人接近零。非周期异宿动态随后在生态系统中进行了研究（侧斑蜥蜴;大肠杆菌E。大肠杆菌）、免疫系统、神经信息处理模型（"无赢家竞争"）和神经中枢模式发生器的模型中。然而，正如梅和伦纳德所观察到的那样："从生物学上讲，（由模型产生的）行为是毫无意义的。一旦承认变量代表动物，因此不能低于1，很明显，系统将在几个周期后收敛于某个单一种群，消灭其他两个种群。"在这里，我们探索不同的方式引入离散随机动力学的基础上，五月和伦纳德的ODE模型，应用生态种群动力学，和神经运动中枢模式发生器系统。我们研究了几个数量上不同的渐近行为的例子，包括所有物种的灭绝，灭绝到一个单一的物种，和持久的周期优势有限的平均周期长度。
2021-11-10 math.PR q-bio.NC 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
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
Modes of competition and the fitness of evolved populations
个体之间的竞争推动了整个物种的进化。虽然最适者生存的时间最长，产生的后代最多，但在某些情况下，最终的物种可能不是最佳的。在这里，使用一个简单的生态模型的理论分析和随机模拟，我们展示了如何竞争的模式可以深刻地影响进化物种的健身。当个体直接相互竞争时，自适应动态框架提供了对占据最大适应度位置的物种的数量和分布的准确预测。相比之下，如果竞争是由共同资源的消耗介导的，那么人口统计噪声会导致物种的稳定性接近最小的健身。
2015-09-23 cond-mat.stat-mech 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
Discordance between genomic divergence and phenotypic variation in a rapidly evolving avian genus (Motacilla)
一般来说，基因型和表型预计是空间一致的，然而，在广泛分布的物种复合体，传播障碍少，多个接触区，有限的生殖隔离<动>，表型和地理群之间的不一致性更可能。长尾燕（学名：Wagtails）是一种鸟类，在欧亚大陆上有着显著的羽毛图案变化。在一个物种中有多达13个亚种被识别，但以前使用线粒体DNA的研究支持与亚种羽毛特征不一致的地理群体。在这项研究中，我们调查表型和基因型之间的联系，通过比较人口被认为是在不同阶段沿物种连续。我们采取一种新的地理方法，估计人口结构，测试隔离的距离，进行人口建模，并估计第一个时间校准的物种树属。我们的研究提供了强有力的证据，物种水平上的分化模式，但种群水平上的分化不太明显。我们发现的证据表明，四个广泛分布的欧亚物种中有三个表现出东西分裂，这与亚种分类和表型变异相矛盾。这两个划分的地理位置和时间估计人口模型是重叠的两个同域物种，这表明重合的更新世事件塑造了他们的历史。
2017-07-12 q-bio.PE
Nonlinear competition avoidance favors coexistence in microbial populations
Universitat Rovira i Virgili（罗维拉-维尔吉利大学）；University of Zaragoza（萨拉戈萨大学）
非线性竞争诱导的运动能力调节促进微生物种群的长期共存。
2026-01-20 physics.bio-ph q-bio.PE
Survival behavior in the cyclic Lotka-Volterra model with a randomly switching reaction rate
研究了随机切换的繁殖-捕食率对非空间循环洛特卡-沃尔泰拉模型生存行为的影响，该模型又称零和石头剪刀布博弈，用于比喻三个物种之间的循环竞争.在大而有限的种群中，人口波动（内部噪声）会在有限的时间内使两个物种灭绝，而繁殖-捕食率最小的物种最有可能成为幸存者（“弱者法则”）。在这里，我们的模型环境（外部）噪声，假设在给定的静态环境中的“最强的物种”（最快的复制/捕食）的复制捕食率随机切换两个值之间对应的更多和更少的有利的外部条件。我们研究了环境噪声和人口噪声对物种生存概率和平均灭绝时间的联合影响。特别是，我们调查的生存概率是否遵循法律的最弱的，并分析其依赖于外部噪声强度和开关率。值得注意的是，当平均而言，有一个有限数量的开关灭绝之前，捕食者的物种的反应速率开关的生存概率通常随外部噪声强度非单调变化（最佳生存约一个临界噪声强度）。我们还概述了所有的反应速率切换在显着不同的时间尺度的情况下的关系。
2018-02-27 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Can Life History Predict the Effect of Demographic Stochasticity on Extinction Risk?
人口统计学随机性在确定小种群灭绝风险方面很重要，但其影响如何取决于物种的生活史〈动〉<动>在很大程度上是未知的。我们使用矩阵模型和分支过程，在广泛的广义生活史〈动〉<动>的人口统计随机性的影响建模。生活史〈动〉<动>对人口统计学随机性的敏感性差异很大。比较生活史〈动〉<动>，一般增加繁殖力和成熟的年龄越高，降低。成虫存活的影响取决于成熟的年龄。在较低的成熟年龄，灭绝的风险达到高峰，在中等水平的成年人的生存，但它随着成年人的生存在较高的成熟年龄。这些差异在很大程度上解释了人口增长的生活史特征的扰动的敏感性的差异。在大多数生活史〈动〉中，青少年存活率对总人口统计学方差贡献最大。我们的一般结果证实了早期的研究结果，这表明经验模式可以用一个相对简单的模型来解释。因此，基本的生活史〈动〉<动>信息可用于将生活史特异性敏感性分配给人口统计学随机性。这在评估小群体的脆弱性时具有重要价值。
2013-03-15 q-bio.PE
Coexistence and invasibility in a two-species competition model with habitat-preference
物种间竞争的结果受物种的空间分布以及诸如人口随机性、移民通量和偏好栖息地的存在等效应的影响。我们介绍了一个基于个人的模型，描述了两个物种的竞争，并将所有上述成分。我们发现，栖息地偏好的存在-产生空间小生境-强烈稳定了两个物种的共存。消除栖息地偏好-中性动态-该模型产生的模式，如人口规模的分布，几乎相同的栖息地偏好的存在下获得的，提供了一个较高的移民率被认为是。尽管在人口分布的相似性，我们表明，入侵性能依赖于栖息地的偏好在一个非平凡的方式。特别是，中性模型的结果更入侵或更少的入侵，这取决于比较是在相同的移民率或在人口规模的平均分布，分别。我们讨论的相关性，这些结果的解释入侵性实验和物种占用的首选栖息地。
2010-06-02 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Estimation of the mortality rate functions from time series field data in a stage-structured demographic model for Lobesia botrana
模拟阶段结构种群的种群动力学需要了解该物种的生物人口学功能，即发育、死亡率和繁殖力。一般来说，从文献数据开始，可以令人满意地估计发育和繁殖力。不幸的是，由于缺乏实验数据，死亡率函数的情况往往不是这样。为了克服这个问题，我们估计的死亡率函数从现场数据的丰富的物种。死亡率表示为三次样条的线性组合，估计方法允许确定其系数，同时考虑到观测测量误差。此外，通过死亡率和动态的置信带量化了估计值的可变性。所提出的方法允许获得一个更灵活的形状相比，以前的方法适用于相同的害虫的死亡率函数。该方法被应用到的情况下，Lobesia botrana，在欧洲葡萄园的主要害虫，丰富的数据收集在意大利北部的一个位置连续五年。三年来收集的数据用于估计死亡率，并分析估计值的变异性及其对种群动力学的影响。另外两个数据集用于验证使用估计死亡率模拟动态的模型。
2020-10-25 q-bio.PE
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
Collapse and recovery times in non-linear harvesting with demographic stochasticity
最近全球许多渔业的崩溃对通过经典生物经济模型来研究这些系统的数学方法提出了挑战。被杀的人口没有恢复这些模型和依赖性的影响，以更好地适应在低人口丰度的动态预测的速度。替代depensation，建模捕获的非线性收获函数产生相同的结果，在小丰度，和动力学经历了一个分叉，导致人口崩溃和恢复，一旦捕捉的努力是高于或低于一定的阈值，分别。然而，在生物经济学背景下，种群经历这些转变所需的时间大多被忽视了。在这项工作中，我们量化的分析和数字的时间与这些崩溃和恢复过渡的模型，将非线性收获和移民的存在和不存在的人口随机性。与直觉相反，虽然物种在低丰度容易灭绝，由于人口统计的随机性，我们的研究结果表明，随机崩溃和恢复时间的上限由他们的确定性估计。这发生在整个移民率范围内。我们的工作可能对渔业管理和重建产生相关的量化影响。
2019-10-03 q-bio.PE
Perennial life-histories and demographic advantages may play contradictory roles in the evolution of plant mating systems
在预测自花受精种群中反复出现的有害突变的命运和后果时，大多数模型都假设种群具有离散的非重叠世代。这使得它们在考虑具有重叠世代的多年生物种以及交配独立于年龄组发生时在生物学上无关。以前的模型研究多年生生活史〈动〉<动>的遗传特性的人口中存在的自花受精的影响，这样做考虑年龄相关的选择，并发现，与经验观察，多年生种群应表现出较低水平的近交衰退。在这里，我们提出了一个简单的确定性模型在连续时间选择在不同的健身性状和反馈之间的人口健身和大小。我们发现，一个常年的生活史可以导致高水平的近亲繁殖抑郁症，尽管近亲繁殖，由于杂合个体在成年阶段的频率较高。我们还提出，可能有人口优势的自我受精是独立的生殖成功。
2016-04-21 q-bio.PE
Stochastic competitive exclusion leads to a cascade of species extinctions
群落生态学传统上依赖于竞争排斥原则，这是描述物种聚集的概念框架中的一个共同智慧。群落生态学中的关键概念，如限制相似性和生态位划分，是基于竞争排斥。然而，生态学中的这一经典范式依赖于来自简单的确定性模型的影响。在这里，我们展示了如何预测的对称，确定性模型的方式进行的预测可以完全不同的结果来自同一个模型时，明确考虑生态漂移（人口随机性）。使用分析近似的稳态条件概率与两个和三个物种的组合，我们表明，随机竞争排斥导致级联的precautions，而对称的，确定性的模型预测的物种的多重崩溃。为了检验我们的结果的鲁棒性，我们研究了环境随机性的影响，并放松了物种对称性假设。我们的结论突出了随机性的关键作用时，得出可靠的理论预测物种群落组装。
2016-08-11 q-bio.PE
Self-organized criticality in complex model ecosystems
研究通过多物种种群动力学模型揭示了复杂生态系统中自组织临界现象，利用平均场理论展示种群波动的无标度特性，其相关性由三维定向渗透的指数描述。
2025-12-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Population Density as an Equalizing (or Misbalancing) Mechanism for Species Coexistence
尽管普遍承认的作用，生态位和健身的差异，在社区动态，物种丰富度已被创造为一个相关的功能，不仅关于生态位的观点，而且根据中立的观点。在这里，我们探索了一个最小概率随机模型，以评估种群相对初始和总丰度对物种相互竞争的机会及其在时间上的持久性的作用（即，不稳定共存）。研究结果表明，考虑到种群统计特性的随机性和封闭群落中个体的保守性（零和假设），种群初始多度不仅会强烈影响物种间的竞争机会，而且会影响物种在特定时间段内的共存期。系统承载力可以通过加剧适应度不平等和影响共存期的大小，在物种共存中发挥重要作用。该研究还表明，种群初始丰度可以作为一种均衡机制，减少适合度的不平等，这可以有利于物种共存，甚至使不适合的物种更有可能胜过更适合的物种，从而在缺乏生态位机制的情况下主导生态群落。
2013-11-07 q-bio.PE
Genomic variation in a widespread Neotropical bird (Xenops minutus) reveals divergence, population expansion, and gene flow
阐明物种的人口和地理分布历史有助于深入了解产生生物多样性〈动〉性<动>的过程，而基因组数据集现在可以以前所未有的准确性估计历史和人口参数。我们使用了基因组单核苷酸多态性（SNP）数据集，使用RAD-Seq方法来调查历史人口统计学和分布广泛的低地新热带鸟类（Xenops minutus）的地理分布。正如预期的那样，我们发现，突出的景观特征，作为分散的障碍，如亚马逊河和安第斯山脉，与最深的地理断裂，以及距离隔离是有限的，在这些障碍之间的地区。此外，我们推断大多数种群的人口正增长，并检测到现在物理隔离的种群之间的历史基因流的证据。即使用基因组估计的历史人口参数，我们发现突出的多样化假设是不可检验的。我们的结论是，调查的多样性过程塑造物种的历史，基因组数据集的帮助下，将提供更高的分辨率的多样化在新热带地区，但未来的努力应该集中在理解的过程塑造的历史谱系，而不是试图调和这些历史与地球历史上的景观和气候事件。
2014-05-27 q-bio.PE
Hierarchical Model with Allee Effect, Immigration, and Holling Type II Functional Response
在本文中，我们讨论了一个层次模型的基础上，Ricker竞争模型。被认为是竞争资源的物种，可能会受到一个Allee效应，由于配偶限制，反捕食者警惕或侵略，合作捕食或资源防御，或社会温度调节。这些物种可以分为更优势种〈动〉<动>和不那么优势或"懦弱”的物种，或者只是作为捕食者和猎物。正在考虑的模型也有组件考虑到移民在这两个物种和一个更结构化的Holling II型功能性反应。局部和全局稳定性分析进行了讨论，并提供了模拟。我们还考虑人口统计随机性的物种由于环境波动的形式的维纳过程，我们表明，有条件下，存在一个全球性的解决方案，存在固定的分布，和强持久性的平均物种是可能的。我们还使用Wasserstein距离来证明随机性可以作为分歧参数。
2023-02-03 math.DS 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
Long-term evolution of an ecosystem with spontaneous periodicity of mass extinctions
20年前，在分析了古生物学数据后，Raup和Sepkoski提出，地球上的大规模喷发在时间上呈周期性出现，周期约为2600万年（My）。为了解释26My时期，提出了一些建议，例如，天文效应，火山活动增加或地球磁场逆转，但没有一个得到证实。在这里，我们研究了一个空间扩展的离散模型的生态系统，并表明，质量扰动的周期性可能是一个自然的生态系统的动力学特征，而不是周期性的外部扰动的结果。在我们的模型中，生态系统多样性的周期性变化和它的一些其他特性是由物种的共同进化引起的。与一些古生物学数据一致，我们的研究结果表明，一个物种的寿命取决于该物种被创造的进化阶段。我们的模型可能的进一步测试也进行了讨论。
2006-01-06 cond-mat.other q-bio.OT q-bio.PE
Coevolution Maintains Diversity in the Stochastic "Kill the Winner" Model
“杀死胜利者”假说试图解决生物学中的多样性问题。它认为，特定于宿主的捕食者控制着每个猎物的数量，防止赢家出现，从而维持了系统中所有物种的共存。我们开发了一个随机模型的“杀死赢家”的范例，并表明，稳定的共存状态的确定性的“杀死赢家”模型被破坏的人口随机性，通过级联的灭绝事件。我们制定了一个个体水平的随机模型，在该模型中，捕食者-猎物的协同进化促进高多样性的生态系统中产生一个持久的种群流量的物种。
2017-06-08 physics.bio-ph physics.soc-ph q-bio.PE
Species exclusion and coexistence in a noisy voter model with a competition-colonization tradeoff
我们引入了一个非对称的噪声选民模型来研究移民和竞争扩散权衡的联合效应在两个物种的动态竞争空间的规则格。一个物种的个体可以侵入晶格中最近的相邻位点，而另一个物种的个体能够侵入任何距离处的位点，但在局部竞争力较低，即，它们以概率$g \le 1$建立。该模型还考虑了移民，建模为一个外部噪声，可以自发地取代一个人在晶格网站的另一个人的其他物种。这种机制的组合产生了丰富多样的物种竞争的结果，包括排除任何一个物种，两个物种在不同的人口比例的单稳态共存，以及取决于初始条件的人口比例的双稳态共存。值得注意的是，在双稳态阶段，当移民强度超过阈值时，系统会经历不连续的转变，导致与尖点灾难相关的半循环动力学，从而导致扩散范围最短的物种不可逆转地消失。
2021-02-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Dynamically generated hierarchies in games of competition
空间多种群捕食-被捕食系统具有丰富的时空模式。这一观察结果引出了一个问题，即在非平衡系统中是否存在产生这种新兴复杂模式的普遍机制。在这项工作中，我们调查的可能性动态生成的层次结构的捕食系统。我们分析了一个九种竞争相互作用的模型，并表明所研究的情况下，在螺旋内的螺旋自发形成的结果。阐明了这些有趣的嵌套螺旋的参数依赖性。这是通过各种数量（相关长度，空站点的密度，傅立叶分析的物种密度，界面波动），允许获得一个相当完整的理解的空间安排和时间演变的系统的数值研究。一个可能的泛化的互动计划产生动态生成的层次结构进行了讨论。由于在具有竞争策略的系统中自发地发生循环相互作用，因此这项工作中讨论的机制应有助于我们理解各种社会和生物系统。
2019-06-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fixation properties of rock-paper-scissors games in fluctuating populations
石头剪刀布游戏隐喻性地模拟了生态学和微生物学中的循环优势。在静态环境中，这些模型的特点是固定概率服从两个不同的“法律”在大型和小型混合人口。在这里，我们研究了这三个物种模型的演变受到随机切换承载能力建模资源稀缺和丰富的状态之间的无休止的变化。本文主要针对等价于循环洛特卡-沃尔泰拉模型的零和石头剪刀布博弈，研究了人口和环境噪声的${\it coupling}$对注视特性的影响。更具体地说，我们调查的物种是最有可能在波动的规模和结果如何取决于环境的变化的人口占上风。我们表明，人口噪声加上环境随机性“水平场”的循环竞争的平衡选择的效果。特别是，我们表明，快速切换有效地降低了选择强度成比例的承载能力的方差。我们确定的条件下，出现新的固定方案，最有可能的物种占上风的变化率的开关和承载能力的方差。随机切换对平均注视时间的影响有限，平均注视时间与平均人口规模呈线性关系。因此，环境的随机性使循环竞争更加平等，但并没有延长物种的共存。我们还展示了如何通过重新调整选择强度从零和模型的固定概率中获得接近零和的石头剪刀布游戏的固定概率。
2020-02-24 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Phenomenology and dynamics of competitive ecosystems beyond the niche-neutral regimes
生态种群的结构、组成和稳定性是由这些群落内的种间和种内相互作用形成的。这些相互作用与移民等其他因素的相互作用如何在噪音和波动的情况下控制生态系统的结构、多样性和长期稳定性，仍有待充分了解。我们解决这个问题，使用一个最小的模型，相互作用的多物种的生态社区，包括竞争，移民和人口噪音。我们发现，完整的相图表现出丰富的行为与多个制度，超越了经典的“利基”和“中性”制度，扩展和修改的“中性”或“利基”二分法。特别是，我们观察到新的制度，不能被描述为“利基”或“中性”的多模态物种丰度分布观察。我们描述了不同制度之间的过渡，并展示了它们是如何从潜在的物种更替，灭绝和入侵的动力学。我们的模型作为一个最小的空模型的嘈杂的竞争性生态系统，对更复杂的模型，包括突变和环境噪声等因素可以进行比较。
2023-01-13 physics.bio-ph q-bio.PE
Regularity underlies erratic population abundances in marine ecosystems
一个生态系统中物种数量的丰富度很少是稳定的，往往随着时间的推移表现出很大的波动。利用海洋物种的历史数据，我们表明，人口增长率的年与年之间的波动服从一个定义良好的双指数（拉普拉斯）分布。这种惊人的规律性使我们能够设计一个随机模型，尽管人口丰度的变化似乎是不规则的。该模型将低人口密度下增长放缓的影响确定为当前人口变异性分析方法中遗漏的一个关键因素，如果没有这个因素，灭绝风险就会被严重低估。该模型还使我们能够分离人口统计随机性的影响，并表明，单一物种的增长率主要由所有物种共同的随机性决定。这种优势-以及它对物种间相关性的影响，包括协同作用-强调了生态系统一级管理方法的必要性，以减少个别物种本身的灭绝风险。
2015-06-01 nlin.AO q-bio.PE
Theory of time-averaged neutral dynamics with environmental stochasticity
竞争是种群动力学的主要驱动力，它塑造了种群的遗传组成和生态群落的组装。中性模型假设所有的个体都是等价的，并且动态受人口统计（散粒）噪声的支配，具有反映突变-灭绝平衡的稳态物种丰度分布（SAD）。最近，许多经验和理论研究强调了环境变化的重要性，一致地影响整个种群的相对适合度。在这里，我们考虑两个一般的时间平均中立模型，在这两个相对适合度的每个物种的波动独立的时间，但其平均值为零。第一个模型（模型A）描述了一个具有局部竞争和出生死亡率线性适应度依赖的系统，而在第二个模型（模型B）中，竞争是全局的，适应度依赖是非线性的。由于这种非线性，模型B承认噪声诱导的稳定机制，促进新的突变体的入侵。采用自洽平均场方法将多种群问题转化为两种群问题，并给出了新出现的Fokker-Planck方程组的大$N$渐近解.我们的解析表达式，以适应SAD从广泛的蒙特卡罗模拟和相应的主方程的数值解。
2018-01-15 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Solitonic description of interface profiles in competition models
我们考虑两个竞争物种的行动是完全对称的，具有相同的流动性，繁殖和竞争率的系统。在二维和三维空间中的数值计算表明，单组分区域是由自发对称性破缺形成的。我们提出了一个理论形式主义描述的静态配置文件的空的空间分离域与不同的物种的接口。我们计算的接口的拓扑性质，并表明这些理论功能是有用的网络的动力学的理解。最后，我们比较了理论函数与平均场方程的数值实现的结果，并验证了我们的模型很好地符合接口的属性。
2014-11-26 physics.bio-ph q-bio.PE
Inference of Population History using Coalescent HMMs: Review and Outlook
研究不同的人类种群是如何相关的是历史和人类学的兴趣，除了提供一个现实的空模型来测试自然选择或疾病协会的签名。此外，了解其他物种的人口统计历史在保护遗传学中发挥着越来越重要的作用。已经开发了许多统计方法来使用全基因组序列数据推断人口统计学历史，最近的进展集中在允许更灵活的建模选择，扩展到更大的数据集，并增加统计能力。在这里，我们回顾合并隐马尔可夫模型，一类强大的人口遗传推理方法，可以有效地利用连锁不平衡信息。我们强调最近的进展，为从业者提供建议，指出潜在的陷阱，并提出未来可能的研究方向。
2018-07-08 q-bio.PE
Dominance to egalitarian transition in diverse communities
本文通过分析稀有种群动态缓慢现象，识别出群落结构的优势相与平等相，并用超多样群落实证验证了 demographic stochasticity 对常见性与稀有性格局的影响。
2024-09-30 nlin.AO q-bio.PE
Persistence in fluctuating environments for interacting structured populations
任何物种内的个体在大小、发育状态或空间位置上都表现出差异。这些差异加上环境中人口变化率的波动可能对种群持续性和物种共存产生微妙的影响。为了理解这些影响，我们提供了一个一般的理论共存的结构，相互作用的物种生活在一个随机的环境。该理论适用于随机变参数的非线性多种群矩阵模型。该理论依赖于物种的长期增长率对应于随机矩阵产品的主导李雅普诺夫指数。我们的共存标准要求，这些长期增长率的凸组合是积极的概率为1时，一个或多个物种在低密度。当这个条件成立时，群落是随机持续的：当$δ$接近零时，物种密度低于$δ>0$的时间分数接近零。应用于自相关环境中的捕食-食饵相互作用，随机LPA模型，空间彩票模型。这些应用表明，时间波动的正自相关可以破坏捕食者-猎物共存，对数繁殖力的波动可以促进结构化种群的持久性，以及长寿，相对久坐的竞争种群可能共存于空间和时间异质性环境。
2013-11-02 math.DS math.PR q-bio.PE
Evolutionary dynamics of competing phenotype-structured populations in periodically fluctuating environments
从细菌到动物的生物物种都存在于具有时空异质性的环境条件中，这要求它们适应。通过自发表型变异传播风险是生态学中的一个已知概念，用于解释物种在面临与随时间变化的环境相关的进化风险时如何生存。为了支持一个更深入的了解自发的表型变异在波动的环境中的适应性作用，我们考虑了一个系统的非本地偏微分方程建模的演化动力学的两个竞争的表型结构的人口中存在的周期性振荡的营养水平。这两个群体以不同的速率发生自发的表型变异。每个个体的表型状态由连续变量表示，并且由于营养水平的变化，种群的表型景观随时间演变。利用我们的模型的分析易处理性，我们研究的解决方案，以获得详细的数学描述的演化动力学的长期行为。结果表明，当营养水平经历小而慢的振荡时，很少发生自发的表型变异在进化上更方便。相反，在营养水平相对较大和快速的周期性振荡下，这会带来饥饿和营养丰富的交替循环，较高的自发表型变异率会带来竞争优势。我们讨论了我们的研究结果在癌症代谢的背景下的影响。
2019-08-23 q-bio.PE
Cooperation dilemma in finite populations under fluctuating environments
我们提出了一种新的方法，允许研究罕见的事件，如固定在波动的环境下，建模为外部噪声，在进化过程中，其特征在于一个物种的优势。我们的治疗包括映射到一个辅助模型的系统，表现出亚稳态物种共存，可以进行半经典分析。这种方法使我们能够研究外在和人口统计噪声之间的相互作用的统计数据的兴趣。我们说明我们的理论，考虑范式的囚徒困境的游戏，其演变的概率，合作者固定的人口，并取代所有的叛逃者。我们的分析和数值计算表明，外部噪声可以大大提高合作的固定概率，甚至改变其功能依赖于人口规模。这些结果概括了群体遗传学的早期研究成果，表明外部噪声可能有助于维持和促进比静态环境更高水平的合作。
2013-12-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE q-bio.QM
The effects of stochastic population dynamics on food web structure
我们开发了一个随机的，基于个人的模型，食物网〈动〉<动>模拟，在大人口的限制减少到研究良好的Webworld模型，已被用来成功地构建模型的食物网与几个现实的功能。我们证明了一个几乎精确的匹配之间的种群动力学在固定的食物网，和人口的波动有系统的影响时，新的模型被用来构建食物网，由于存在的物种与小种群。
2008-08-28 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
Can genomic analysis actually estimate past population size?
针对基因组分析用SMC方法估计过去种群规模常产生近期有效种群规模下降的误导信号问题，本文解析其原理与误导原因，提出利用信息的方法，强调跨学科合作对评估算法输出的重要性。
2025-04-14 q-bio.PE
Stochastic processes and host-parasite coevolution: linking coevolutionary dynamics and DNA polymorphism data
种间协同进化，特别是宿主-寄生物间的拮抗性协同进化，是形成物种多样性〈动〉性<动>的主要过程。在本文中，我们调查的作用，各种随机过程的影响结果的确定性共同进化模型。具体而言，我们评估1）遗传漂变和突变对相互作用位点多态性维持的影响，以及2）由于共同人口统计学群体规模变化而导致的两个共同进化物种基因组中中性等位基因频率的变化。我们发现，遗传漂变减少的可能性，观察经典的平衡选择签名，并为最现实的价值观的共同进化参数，平衡选择签名不能被视为在主机位点。此外，我们发现，与经典的预期相反，寄生虫种群规模的快速变化，由于生态evo反馈可以跟踪等位基因位点频谱测量在几个时间点。然而，宿主种群规模的变化不太明显，因此无法观察到。最后，我们还回顾了几个未充分研究的随机过程中发生的宿主-寄生虫的共同进化，这是重要的预测维护多态性的基础位点和全基因组的宿主和寄生虫种群的核苷酸多样性。
2020-12-04 q-bio.PE
Population dynamics under demographic and environmental stochasticity
本文研究同时受人口统计与环境随机性影响的单物种种群扩散，证明外部 Lyapunov 指数决定准平稳分布极限、灭绝时间尺度及多尺度灭绝行为。
2024-07-08 math.DS math.PR math.SP
Effects of stochasticity and social norms on complex dynamics of fisheries
休渔是一个高度社会生态的过程。虽然休闲渔业具有自我调节和复原力，但不断变化的人为压力促使这些渔业过度捕捞和崩溃。在这里，我们评估的影响，人口和环境的随机性的社会生态两种鱼模型。在噪声存在的情况下，我们发现，捕捞率的增加驱动一个关键的过渡，从高产/低价渔业，以低产量/高价渔业。为了计算人口统计噪声的随机轨迹，我们推导了对应于模型的主方程，并进行了Monte-Carlo模拟。此外，概率势和平均首次穿越时间的分析揭示了替代稳态的弹性。我们还描述了一些通用指标在预测突然转变的有效性。此外，我们表明，将社会规范的模型允许适度的鱼类密度，以保持尽管较高的收获率。总的来说，我们的研究强调了随机社会生态模型中关键转变的发生，并提出了缓解这些转变的方法。
2020-09-29 q-bio.PE
Genomic identification of founding haplotypes reveals the history of the selfing species Capsella rubella
从异交到自花受精的转变是植物中最常见的转变之一。然而，直到最近，由于缺乏适当的数据和缺乏适当的群体基因组方法来解释这些数据，这种转变的全基因组观点一直模糊不清。在这里，我们提出了新的分析，详细介绍了自交物种，红铃兰，最近从它的异交姐妹，大花荠菜分裂的起源。由于分离的新近性，C.风疹在C.大花。因此，我们可以确定两个C。风疹个体遗传了存在于C.风疹的创始人。在此基础上，我们证明了C.风疹是由来自与现存C. grandiflora，漂移和选择已经迅速同质化的大部分，这种祖先的变化，因为C。风疹的建立，以及在这段时间内积累的一些新的变异。尽管大量的祖先变异的损失，大约25%的基因组，其中两个C。风疹个体遗传了不同的基础单倍型，构成了它们之间大约90%的遗传变异。为了扩展这些发现，我们开发了一个合并模型，利用推断的频率建立单倍型和变异内建立单倍型估计，C。风疹是由潜在的大量个体50-100 kya建立的，并且随后经历了其有效种群大小的20倍减少。随着越来越多的异交/自交对的群体基因组数据的产生，像这样的分析将有助于对向自花受精过渡的进化和人口影响进行精细的观察。
2013-07-15 q-bio.PE
Population genetic consequences of the Allee effect and the role of offspring-number variation
一个强大的人口阿利效应，其中预期的人口增长率是负低于一定的临界人口规模可能会导致高灭绝概率在小引进人口。然而，许多物种被反复引入到同一地点，最终一个种群可能会偶然克服Allee效应。随机模型的帮助下，我们调查有多少遗传多样性〈动〉性<动>，这些成功的人口港口平均，这如何取决于后代数量的变化，一个重要的来源，人口规模的随机变异。我们发现，随着变异性的增加，Allee效应越来越多地促进成功群体的遗传多样性〈动〉性<动>。成功的阿莱效应种群具有高度可变的种群动力学，迅速逃离小种群大小的区域，并不在临界种群大小附近徘徊。因此，它们受到的遗传漂变相对较少。我们表明，在这里-不像在经典的群体遗传学模型-后代数量变化的作用不能占一个有效的人口规模校正。因此，我们的研究结果强调了详细的生物学知识的重要性，在这种情况下，在预测新成立的种群的进化潜力或使用遗传数据重建其人口统计学历史时，家庭规模的概率分布。
2013-11-21 q-bio.PE
Negligible effects of environmental fluctuations on the maintenance of coral biodiversity: A test of five storage effects
本文基于大堡礁11种珊瑚的五年种群数据，通过积分投影模型和现代共存理论检验五种存储效应，发现环境波动对珊瑚共存贡献微弱，生物多样性维持更依赖空间过程。
2025-06-03 q-bio.PE
