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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 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
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 Model of Species Body Mass Diversification
我们提出了一个定量模型的生物进化的物种身体质量在大组的相关物种，例如，陆栖哺乳动物，其中体重M根据分支（物种形成）、倍增扩散和随质量递增的灭绝概率而进化。我们描述这种演变的对流扩散反应方程ln M。稳态行为与最近的陆生哺乳动物的经验数据非常一致，时间依赖行为也与9500万至5000万年前灭绝的哺乳动物物种的数据一致。
2009-01-22 physics.bio-ph physics.data-an 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
Is nestedness in mutualistic networks an evolutionary spandrel?
互惠网络已被证明涉及动物和植物物种之间复杂的相互作用模式。这些网络的结构似乎渗透了它们的一些健壮和脆弱的行为。最近的研究表明，动植物相互作用的模式与其系统发育组织之间有很强的相关性。在这里，我们表明，这种模式和其他报道的互利网络的干扰可以通过一个非常简单的物种形成和分歧的模型得到适当的解释。该模型还预测了物种损失下的共同灭绝动力学与进化信号的存在相一致。观察到的网络和模型网络之间的一致性表明，真正的互利网络所显示的某些模式实际上可能代表了进化的拱肩。
2016-12-06 q-bio.PE
On the sympatric evolution and evolutionary stability of coexistence by relative nonlinearity of competition
如果两个物种对同一个共享资源表现出不同的非线性反应，并且每个物种都改变了资源动态，使其有利于竞争对手，那么它们就可以稳定地共存。这种共存机制，被称为竞争的相对非线性，在理论上是很好理解的，但很少有人知道它的进化特性和它在现实社区中的流行。我们解决这一挑战，通过使用自适应动力学理论和基于个人的模拟比较社区的稳定性和进化稳定的物种共存的相对非线性。在我们的分析中，进化作用于物种的密度补偿策略，我们考虑了在高和低资源可用性下人口增长率之间的权衡。我们确认以前的研究结果，无论特定的模型的密度依赖性，有许多组合的过度补偿和欠补偿密度补偿策略，允许稳定共存的相对非线性。然而，我们的分析也表明，大多数这些策略组合是不进化稳定的，将被一个中间密度补偿策略。只有非常具体的权衡导致相对非线性的进化稳定共存。由于我们找不到为什么这些特定的权衡在自然界中应该是常见的，我们得出结论，同域进化和相对非线性的进化稳定性，虽然在原则上是可能的，似乎是不太可能的。我们推测，这可能，至少部分地，解释了为什么这种共存机制的经验证明是罕见的，注意到，然而，在该领域检测相对非线性的困难[...]
2014-08-03 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
Effect of Feedback between Environment and Finite Population
本文构建物种—环境协同进化系统，分析正负反馈对入侵及两物种竞争的影响，揭示早期随机事件和反馈驱动的进化路径可提升低适应度物种接管种群的机会。
2023-10-23 q-bio.PE
Is Female Health Cyclical? Evolutionary Perspectives on Menstruation
为什么有些雌性会交配？阐明这个问题对于理解生殖功能和机体免疫之间的紧密联系具有重要意义。在这里，我们建立在越来越多的证据表明，月经是一个“挑剔的”子宫的副产品（一）使理论的情况下，女性免疫是周期性的物种的想法，（ii）评估的证据月经调节免疫和健康的人类和（iii）推测周期性女性健康的女性行为，男性免疫和宿主-病原体相互作用的影响。我们认为，女性的进化生殖系统的理解是解决全球妇女健康议程的未来挑战和预测生态演化动力学在周期性繁殖物种的基础。
2018-04-04 q-bio.PE
Fitness differences suppress the number of mating types in evolving isogamous species
有性生殖并不总是与两种形态上不同的性别的存在同义;同花受精的物种产生相同大小的性细胞，通常属于多个不同的自交不亲和类，称为交配型。进化生物学中一个长期悬而未决的问题是：是什么决定了物种间交配类型的数量？简单的理论论证暗示了稀有类型的优势，表明类型的数量应该持续增长，然而，经验观察却截然不同。虽然一些同花受精的物种表现出数千种交配类型，但这种物种非常罕见，大多数物种的交配类型少于10种。在本文中，我们提出了一个数学分析，以量化的健身变化的作用-其特征在于不同的死亡率-在确定数量交配类型出现在简单的进化模型。我们预测，交配类型的数量随着死亡率方差的增加而减少。
2019-12-13 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
Identifiability of the unrooted species tree topology under the coalescent model with time-reversible substitution processes, site-specific rate variation, and invariable sites
对一系列生物进化历史的推断是进化生物学中一个基本的重要问题。从基因组测序项目产生的DNA序列数据的丰富性，导致了这些系统发育关系的推断的重大挑战。这些挑战之一是根据从整个基因组中取样的几个不同基因的序列信息推断一系列物种的进化历史。人们普遍认为每个基因都有自己的系统发育史，这可能与物种树不一致。已知这种基因树不一致的许多可能原因。最好的研究是不完全谱系排序，这是通常由合并过程建模。许多基于聚结过程的方法已经被提出用于估计给定DNA序列数据的系统发育树。然而，这些方法的使用假设系统发育物种树可以从树的叶子处的DNA序列数据中识别，尽管这还没有正式建立。我们证明了无根拓扑的n叶系统发育物种树是一般可识别的观察数据在树叶的树，假设已经出现了从合并过程下的时间可逆的替代过程的可能性，特定网站的速率变化建模的离散伽玛分布和不变的网站的比例。
2015-07-03 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
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
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
Progress and open problems in evolutionary dynamics
几十年来，进化一直吸引着定量和物理科学家：遗传信息的突变、重组和复制的随机过程如何产生生命的多样性？是什么决定了进化的速度？是否存在数量法则来支配和约束进化？进化是可重复的还是可预测的？从历史上看，进化的研究涉及物种的分类和比较，通常基于形态学。除了生物体和分子尺度上的表型，我们现在使用全基因组测序不仅揭示物种之间的差异，而且还以前所未有的细节来表征物种内的遗传多样性〈动〉性<动>。这种多样性可以与演化动力学定量模型的预测相比较。在这里，我们回顾了群体遗传学和进化的关键理论模型，以及来自实验室进化实验、病毒种群纵向采样、微生物群落和免疫库研究的数据实例。在所有这些系统中，进化都是由经常变化的生物和物理环境塑造的。虽然这些可变的环境可以隐式地模拟宿主-病原体共同进化的情况，但动态环境和新兴生态往往不能被忽视。从观测和理论模型两方面综合不同尺度上的动态，仍然是更好地理解进化的一个重大挑战。
2018-04-20 q-bio.PE
The concerted emergence of well-known spatial and temporal ecological patterns in an evolutionary food web model in space
生态系统在空间和时间上表现出多样性的特征模式。找到能够重现和解释观察到的模式的模型对理论来说是一个挑战。自岛屿地理学出现以来，这些模型围绕着物种形成、扩散和灭绝，但它们通常忽略了营养结构。在这里，我们提出并研究了一个空间扩展的进化食物网〈动〉<动>模型，使我们能够研究大型空间系统的几个营养层。我们的计算机模拟表明，该模型同时产生了几个生物多样性模式在空间和时间上，从物种丰度分布的地理范围的盈亏。我们发现，在网络中的营养位置起着至关重要的作用，当涉及到范围大小的时间演变，因为营养环境限制了物种的发生和生存，特别是在较高的营养水平。
2019-10-18 q-bio.PE
Rank abundance relations in evolutionary dynamics of random replicators
提出了随机群落生态学模型中秩多度关系的非平衡统计力学描述。具体来说，我们研究了一个多物种的复制子系统与淬火随机相互作用矩阵。我们在这里考虑对称相互作用以及非对称和反对称的情况。RAR是通过生成函数分析，描述一个小的一组序参数方面的系统的定点状态，并在依赖于对称性或其他相互作用和社会的生产力分析。我们的工作是Tokita [Phys. Rev. Lett. { \bf 93} 178102（2004）]，其中在平衡设置内考虑对称相互作用的情况。在我们的模型中，物种多度分布是截断的正态分布或其变换，在某些情况下，类似于生态学中观察到的左偏分布。我们还讨论了稳定物种的食物网的相互作用结构，异质合作压力的情况下，以及有限的系统大小和高阶相互作用的影响。
2008-07-18 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
New thoughts on an old riddle: what determines genetic diversity within and between species?
是什么决定了物种之间和物种内部的遗传多样性〈动〉性<动>，这个问题长期以来一直没有被现代进化理论（MET）所解决。然而，这并没有阻止研究人员使用MET来解释遗传多样性〈动〉<动>。在这里，我们研究了20世纪60年代对遗传多样性〈动〉性<动>的两个关键实验观察，一个是物种之间的，另一个是物种种群内的，这直接促进了MET的发展。众所周知，MET对这些观测结果的解释以及假设是不充分的。我们回顾了一个替代框架，最大遗传多样性〈动〉<动>（MGD）假说，使用公理和自然选择来解释绝大多数的遗传多样性〈动〉性<动>的最佳平衡，这在很大程度上是由生物体的复杂性的最新进展。MGD假设充分吸收了MET的已被证明的优点，并认为其假设仅与更有限的范围相关。这种新的综合解释了被忽视的向更高复杂性发展的现象，更重要的是，它有助于指导对进化和生物医学问题的生产性研究。
2015-10-21 q-bio.PE
Effects of discordance between species and gene trees on phylogenetic diversity conservation
系统发育多样性指数，如公平比例（FP）指数经常被讨论作为生物多样性保护的优先标准。它们根据物种对总体多样性的贡献对物种进行排名，同时考虑到每个物种在基本系统发育树中的位置所表明的独特和共同的进化历史。传统上，系统发育树是从单个基因推断的，并且所得到的基因树被假定为物种树的有效估计，即，被研究物种的“真实”进化史。然而，如今，通常对数百或数千个基因的整个基因组进行测序，并且通常情况下，在整个基因组中的不同基因中存在相互冲突的系谱历史，导致个体基因树和物种树之间的不一致。在这里，我们分析了基因和物种树不一致的优先级决定的基础上FP指数的影响。特别是，我们认为诱导的分类群的排序顺序（i）FP指数的物种树，和（ii）预期FP指数在所有基因树的历史与物种树。一方面，我们表明，对于特定的树的形状，这两个排名总是一致的。另一方面，我们表明，对于所有的叶数大于或等于5，有两个排名不同的树种树。最后，我们说明了在不同的基因树和物种树估计的经验多位点哺乳动物数据集的FP指数获得的排名的变化。
2022-09-01 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
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
Change and Aging Senescence as an adaptation
理解我们为什么会衰老是进化生物学中一个长期存在的开放性问题。衰老对个体是有害的，进化的力量应该阻止它，但许多物种随着个体的衰老而显示出衰老的迹象。在这里，我将提出一个基于与进化理论兼容的假设的衰老模型：i）竞争是个体之间的竞争; ii）存在一定程度的局部性，因此父母和后代之间的竞争往往是最佳的条件不是固定的，突变有助于每个物种保持竞争力。当条件发生变化时，衰老的物种可以将不朽的竞争对手推向灭绝。这个违反直觉的结果来自于年长个体的死亡所造成的修剪。当发生变化和突变时，每一代人都能稍微更好地适应新的条件，但一些年龄较大的个体通过随机机会生存下来。衰老可以从基因库中消除这些。尽管个体选择的力量总是战胜群体选择的力量，但被选择的并不完全是个体，而是它的血统。虽然衰老会损害个体并产生进化成本，但它也有自己的好处。它允许每个血统更快地适应不断变化的条件。我们变老是因为世界在变。
2011-03-23 q-bio.PE
Reconciliation of Gene and Species Trees With Polytomies
动机：现代物种中数以百万计的基因只属于数千个“基因家族”。基因家族包括不同物种中相同基因（直系同源物）和相同物种中重复基因（旁系同源物）的实例。基因在进化过程中获得和丢失。随着测序技术的进步，研究人员能够研究基因复制和丢失在适应性进化中的重要作用。由于基因进化的复杂性，同源基因的鉴定是比较基因组学中一项基本而又困难的工作。这项任务的一个关键方法是使用一个明确的模型来研究基因的进化历史，称为基因（家族）树。它将基因树与基因所在物种的进化历史进行比较，称为物种树，使用称为树和解的程序。二进制基因和特定树是简单的。然而，基因树和物种树在实践中可能是非二进制的，因此树和解提出了具有挑战性的问题。在这里，非二进制基因和物种树和解研究在一个二进制的细化模型。结果：证明了任意基因树和物种树的协调问题是NP-难的，即使考虑复制成本也是如此。然后，我们提出了第一个有效的方法来调和非二元基因树和非二元物种树。它试图找到给定的基因和物种树的二进制优化，使协调成本最小化。我们的算法已被实现到一个软件中，以支持快速自动分析大型数据集。可用性：该程序及其源代码可在其在线服务器http://phylotoo.appspot.com上获得。
2012-05-03 q-bio.PE
Macro-evolutionary models and coalescent point processes: The shape and probability of reconstructed phylogenies
多元化的远期模型（即，物种形成和灭绝）产生随着时间推移“垂直”生长的系统发育树。从这样的树中修剪灭绝的谱系导致重建树的自然模型（即，现存物种的进化）。或者，重建的树木可以通过聚结点过程（CPP）来建模，其中树木通过顺序添加垂直边缘来“水平”生长。每个新的边缘开始于某个随机的物种形成时间，并在当前时间结束;物种形成时间独立地来自同一分布。CPP导致非常快速的树似然计算和重建树的模拟。它们的拓扑结构总是遵循均匀分布的排序树形状（URT）。我们的特点，前向时间模型导致URT重建树，其中，导致CPP重建树。我们表明，对于任何“不对称”多样化模型，其中物种形成率仅取决于时间，灭绝率仅取决于时间和非遗传性状（例如，年龄），重建的树是CPP，即使现存物种不完全采样。如果利率还取决于物种的数量，重建的树是（只有）URT（但不是CPP）。我们刻画了CPP描述中常见的物种形成时间分布，并详细讨论了不完全物种抽样以及三种特殊的模型情况：1）灭绝率不依赖于性状; 2）灭绝率不依赖于时间; 3）大规模灭绝可能在过去的某些时间点发生。
2013-08-06 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
Eco-evolutionary dynamics of a trait-structured predator-prey model
本文提出了一种基于矩的方法，用于研究性状结构化的捕食者-猎物模型中的生态-进化动力学，分析了种群异质性对瞬时行为和长期命运的影响。
2026-01-19 math.AP 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
A hierarchical Bayesian model for predicting ecological interactions using scaled evolutionary relationships
确定物种之间未记录或潜在的未来相互作用是现代生态学家面临的挑战。最近的链接预测方法依赖于性状数据，然而大型物种相互作用数据库通常是稀疏的，并且协变量仅限于一小部分物种。另一方面，进化关系，编码为系统发育树，可以作为代理的基本特征和历史模式的寄生虫之间共享主机。我们表明，使用基于网络的条件模型，系统发育信息提供了强大的预测能力，在最近公布的全球数据库的主机-寄生虫相互作用。通过使用进化模型来缩放遗传学，我们的方法允许潜在变量模型中经常缺失的生物学解释。为了进一步改进的单基因模型，我们结合了一个分层贝叶斯潜在分数框架的二分图，占每个物种的相互作用的数量与主机的依赖性通知单基因。结合这两个信息源，与单独的每个子模型相比，预测准确性得到了显着提高。由于许多相互作用网络是从仅存在的数据中构建的，因此我们通过整合缺失相互作用的校正机制来扩展模型，这在减少未观察到的相互作用中的不确定性方面很有价值。
2019-09-20 q-bio.PE stat.AP
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
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
Phylogenetic Diversity Rankings in the Face of Extinctions: the Robustness of the Fair Proportion Index
在资源有限的情况下，保护物种的规划往往涉及对优先考虑哪些物种的困难选择。确定物种优先次序的一种方法是考虑它们的“进化独特性”，即它们在系统发育树上的相对进化孤立性。在文献中已经引入了几种进化隔离指标或系统发育多样性指数，其中包括所谓的公平比例指数（也称为“进化独特性”得分）。该指数将一棵树的总多样性分配给所有叶子，从而为保护提供了一个简单的优先级标准。在这里，我们专注于从公平比例指数获得的优先顺序，并分析物种灭绝对这一排名的影响。更确切地说，我们分析了当一些物种灭绝时，排名顺序可能会改变的程度，并重新计算剩余类群的公平比例指数。我们发现，对于每个系统发育树，有边长，使每樱桃一叶灭绝完全逆转的排名。此外，我们表明，即使只有排名最低的物种灭绝，排名顺序可能会发生巨大变化。最后，我们分析了这两个灭绝的情况下（灭绝的排名最低的物种和灭绝的每樱桃一叶）的经验和模拟树木的集合的影响。在这两种情况下，我们都可以观察到优先顺序的显著变化，突出了我们的理论发现的经验相关性。
2021-07-01 math.CO q-bio.PE
Phylogenomic Analyses of Large-scale Nuclear Genes Provide New Insights into the Evolutionary Relationships within the Rosids
蔷薇科植物是开花植物中最大的类群之一，有140科，约70，000种。以前的蔷薇科植物系统发育研究主要利用细胞器基因，可能不同的进化历史，从核基因。为了更好地了解蔷薇科植物的进化历史，有必要利用核基因研究它们的系统发育关系。在这里，我们采用了由核基因组成的大规模基因组数据集，包括891个推定的正向同源基因簇。结合全面的分类单元采样，涵盖63种代表14的17个目，我们重建了蔷薇科植物的系统发育与合并和连接的方法，从所有数据集产生类似的树拓扑结构。然而，这些拓扑结构并不同意的Zygophyllales的位置。通过综合分析发现，缺失数据和基因树异质性是可能误导拼接方法的潜在因素，尤其是在基因树异质性较高的情况下存在大量的缺失数据。我们的研究结果为深入了解蔷薇科植物的系统发育关系提供了新的见解，并表明聚结方法可以有效地解决高基因树异质性下缺失数据的蔷薇科植物的系统发育关系。
2016-06-30 q-bio.PE
Chimeric protein complexes in hybrid species generate novel evolutionary phenotypes
物种间的杂交是新谱系起源和适应新环境的重要机制。增加的等位基因变异和转录网络的修饰是目前公认的两种力量，被认为是杂种中所见表型特性的原因。然而，由于细胞中的大多数生物学功能是由蛋白质复合物完成的，因此种间蛋白质组装体代表了进化力量可以作用的自然变异的另一个重要来源。在这里，我们研究了6个蛋白质复合物在两个不同的酵母“狭义”杂交组合，以了解嵌合相互作用是否可以在细胞中自由形成，尽管物种特异性的共同进化的力量，以及不同类型的复合物是否会导致杂交适应性的变化。通过亲和色谱法从杂交体中分离蛋白组装体，并通过质谱法鉴定。我们发现了四个测试的六个蛋白质组件的自发嵌合性的证据，我们表明，不同类型的复合物可以在选定的环境中引起各种表型。在TRP 2/TRP 3复合物的情况下，这种嵌合形成的效果导致杂交体在缺乏色氨酸的环境中的适应性优势，而只有一种类型的MBF复合物的亲本组合可以赋予杂交体在呼吸条件下的活力。这项研究提供了经验证据，嵌合蛋白质复合物可以在细胞中自由组装，并揭示了一种新的机制，产生表型新颖性和可塑性的杂交，以补充基因复制导致的基因组创新。就基因丢失模式而言，交换直系同源成员的能力对于杂种的适应和随后的基因组进化也具有重要影响。
2012-09-19 q-bio.GN q-bio.PE
Random walk in genome space : A key ingredient of intermittent dynamics of community assembly on evolutionary time scales
使用基于个体的多物种模型研究了群落组装。该模型具有随机种群动力学，种群发生突变、迁移和灭绝。突变体的出现是留居种突变的结果，而移栖种与留居种没有相关性。它被发现，社区组装与突变的动力学是完全不同的迁移的情况下。与突变模型相反，突变模型表现出准稳态的间歇性动态，被社区的突然重组打断，迁移模型表现出社区的平稳和逐步更新。因此，代替突变模型中发现的$1/f$多样性波动，$1/f^2$，在迁移模型中观察到类似随机游走的波动。此外，一个特征的物种寿命分布被发现：一个权力的法律，是切断了一个“倾斜”的分布在长寿命制度。后者有一个较长的尾巴比一个简单的指数函数，这表明一个年龄依赖的物种死亡率函数。由于这一特征轮廓在化石数据和其他几个数学模型中都已被观察到，我们得出结论，这是宏观进化的一个普遍特征。
2010-05-16 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Aging and species abundance in the Tangled Nature model of biological evolution
我们提出了一个基于个体的进化生态学模型。以基因组为特征的个体的繁殖率取决于基因型空间中群体的组成。生态学特征，如分类和宏观演化模式的动态是涌现的属性。宏观动力学表现出间歇性的两个模式切换与逐渐降低的消光率。所产生的生态系统在集体意义上逐渐变得更好地适应和更复杂。物种丰度曲线的形式与观察到的功能形式比较好。模型误差阈值可以根据系统的两个动态模式的特性来理解。
2002-02-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The Tangled nature model with inheritance and constraint: Evolutionary ecology restricted by a conserved resource
我们研究了一个版本的纠缠自然模型的进化生态学重新定义的表型空间，突变体的属性与他们的父母。该模型具有基于个人的动态，同时将物种规模的竞争约束和系统规模的资源约束。多个物种共存于具有不断演变的全球属性的物种相互作用网络中。平均相互作用强度和网络连接性都随着互惠关系的扩大而相对于零系统增加。从研究的平均度的依赖性的资源水平，我们提取的多样性连接关系，符合双曲线的形式，在现场数据。这被认为是进化压力的结果，以实现积极的互动。在所有情况下，网络度分布更强地符合指数分布，而不是零二项分布。这种效应被认为是由生殖过程中的相关性引起的。我们还研究了资源的可利用性如何影响表型寿命分布，其近似为幂律形式。我们观察到，平均寿命与资源水平成反比。
2005-10-04 q-bio.OT q-bio.PE
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
Construction of Gene and Species Trees from Sequence Data incl. Orthologs, Paralogs, and Xenologs
系统发育重建的目的是根据基因组序列信息对基因或物种的进化历史进行合理的假设。直系同源基因（具有共同祖先并在物种形成后分化的基因）的区分至关重要，并且是许多基因组研究的核心。然而，现有的方法，仅依赖于1：1的直系同源物来推断物种树被强烈限制到一个小的允许的基因，提供有关物种树的信息。使用更大的基因集，加上非直系同源基因（例如所谓的旁系同源或异种同源基因），可以大大增加有关相应物种进化历史的信息。在这项工作中，我们介绍了一种新的方法来计算物种的同源性的基础上的序列数据，包括直系同源，旁系同源，甚至异种。
2016-02-26 cs.DS q-bio.GN 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
