Nonlocal Mechanistic Models in Ecology: Numerical Methods and Parameter Inferencing
动物使用各种过程来了解它们的环境，并决定如何移动和形成它们的领土。在某些情况下，种群通过远距离观察、气味标记或个体遇到竞争种群的地点记忆来了解竞争群体。由于收集这些信息的过程本质上是非局部的，因此已经提出了包含非局部项的机械模型来研究物种的运动。当然，这些模型提出了分析和计算的挑战。本文研究了一类具有非局部平流的多种群模型。我们引入了一个有效的数值方案，使用谱方法计算的非局部反应对流扩散系统的大量相互作用的物种的解决方案。此外，我们还研究了参数和相互作用势对粒子数密度的影响。最后，我们提出了一种方法，使用最大似然估计来确定最重要的因素驱动物种的运动，并使用合成数据测试这种方法。
2022-11-15 q-bio.PE
An analytically tractable model for community ecology with many species
群落生态学的一个基本问题是理解生态过程，如选择，漂移和移民如何引起物种组成和多样性的观察模式。在这里，我们提出了一个简单的，易于分析的，存在-不存在（PA）模型的社区大会，并用它来询问生态特征，如竞争的强度，多样性的数量，以及人口和环境的随机性影响物种组成的社区。在PA模型中，物种被视为随机二元变量，可以存在或不存在于一个社区：物种可以从一个区域物种库移民到社区，并可能由于竞争和随机性而灭绝。尽管它的简单性，PA模型再现了更复杂的社区组装模型的定性特征。在最近的大型，竞争性的Lotka-Volterra系统的工作，PA模型表现出独特的生态行为组织在一个特殊的（“临界”）点对应于哈贝尔的生物多样性的中性学说〈动〉<动>。这些结果表明，生态“阶段”和相图的概念，可以提供一个强大的框架，思考社区生态和PA模型捕捉到社区组装的基本生态动态。
2015-11-30 cond-mat.stat-mech 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
Ecology of the cold-adapted species Nebria germari (Coleoptera: Carabidae): the role of supraglacial stony debris as refugium during the current interglacial period
在目前的气候变化情况下，适应寒冷的昆虫是阿尔卑斯山高海拔栖息地最受威胁的生物之一。上坡的转变和物候的变化是两个最调查的气候变化的反应，但有越来越多的兴趣，在评估高海拔地形作为避难所的存在。Nebria germari Heer，1837（鞘翅目：步甲科）是一个嗜湿和冷适应的物种，仍然表现出大量的种群在东部阿尔卑斯山的冰川上的碎片。这项工作的目的是描述生态和物候的人口生活在冰川上的碎片。为此，我们分析了人口从三个白云质冰川的表面部分覆盖的石质碎片。我们发现，冰上碎屑的特点是更稳定的寒冷和潮湿的条件比周围的碎片斜坡和较短的无雪期。在冰川上的碎片上发现的种群是春季繁殖者，与20世纪80年代在白云质高山草原上记录的种群不同，后者被报道为秋季繁殖者。因此，目前Nebria germari似乎找到一个合适的栖息地，在冰上的碎片，微气象条件是适合其生命周期和竞争和捕食减少。
2020-11-20 q-bio.PE
Mechanistic forecasts of species responses to climate change: the promise of biophysical ecology
全球变化生物学的一个挑战是预测物种将如何应对未来的环境变化，并管理这些反应。为了使这种预测和管理行动对新的未来保持稳健，我们需要准确地描述生物体如何体验它们的环境以及它们做出反应的生物机制。所有生物都通过在精细的空间和时间尺度上进行热量和水的交换而与其环境建立了生态联系，这种交换可以用生物物理模型来捕捉。虽然基于生物物理生态学的机械模型有着悠久的发展和应用历史，但它们在全球变化生物学中的应用仍然有限，尽管它们有着巨大的前景和越来越容易获得的软件。我们认为，在生物物理模型的理论和方法方面的更多理解和培训对于扩大其应用至关重要。我们的综述展示了如何应用生物物理模型来理解和预测气候变化对物种行为、物候、生存、分布和丰度的影响。我们说明了可以生成的输出类型，以及不同实现所需的数据输入。例子从简单的体温计算到基于预测的能量和水平衡的物种分布限制的更复杂的分析，包括行为和物候。我们概述了目前限制生物物理模型广泛应用的挑战。我们讨论的进展和未来的发展，可以让这些模型被应用到许多物种在大的空间范围和时间框架。我们强调生物物理模型是如何独特地适合于解决全球变化生物学问题，包括预测和解释对环境变异性和极端，多重或变化的约束，以及新的非生物或生物环境的反应。
2022-10-29 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 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
The Promise of Cross-Species Coexpression Analysis in Studying the Coevolution and Ecology of Host-Symbiont Interactions
同时测量宿主和共生体中的基因表达为探索物种相互作用的生物学基础提供了一种强有力的方法。这种双重或同时RNAseq方法主要用于深入了解模型系统中的基因功能，但有机会以新的方式扩展和应用这些工具来理解生态和进化问题。通过整合宿主和共生体的遗传多样性〈动〉性<动>，研究伙伴物种之间的基因表达是如何相关的，我们可以获得新的见解宿主-共生体的协同进化和物种相互作用的生态学。从这个角度来看，我们将探讨如何将这些相对较新的工具应用于研究这些问题。我们回顾了可能产生跨物种基因共表达模式的机制，包括间接遗传效应和选择性过滤器，这些工具如何在不同的生物和时间尺度上应用，并概述了其他方法学考虑和实验可能性。
2022-06-25 q-bio.GN q-bio.MN q-bio.PE
Of lynxes and limetrees: New Insights into the Historical Ecology of the Bavarian Forest on the Threshold of Modernity
本文基于1845年巴伐利亚生物多样性调查档案，以茨维瑟尔林业局为例，结合历史生态学与数字人文方法，揭示了19世纪国家机构与地方知识对早期生物多样性记录的贡献，并为当代保护提供依据。
2025-07-03 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
StatEcoNet: Statistical Ecology Neural Networks for Species Distribution Modeling
Oregon State University（俄勒冈州立大学）；Swiss Ornithological Institute（瑞士鸟类学研究所）
本文重点讨论了计算可持续性和统计生态学中的一个核心任务：物种分布模型（SDM）。在SDM中，一个物种在景观上的出现模式是根据一组位置的观测结果，通过环境特征来预测的。起初，SDM可能看起来是一个二进制分类问题，并且人们可能倾向于使用经典工具（例如，然而，野生动物调查在物种观测中引入了结构化噪声（特别是计数不足）。如果不考虑这些观测误差，这些观测误差会使SDM系统性地产生偏差。为了解决SDM的独特挑战，本文提出了一个框架，称为StatEcoNet。具体而言，这项工作采用了统计生态学中的图形生成模型作为骨架的建议的计算框架，并仔细集成神经网络的框架下。StatEcoNet的优势，相关方法的模拟数据集，以及鸟类物种的数据证明。由于空间数据模型是生态科学和自然资源管理的关键工具，StatEcoNet可以为具有重大社会影响的广泛应用提供更强的计算和分析能力，例如，研究和保护濒危物种。
2021-02-18 cs.LG q-bio.PE stat.ML
Complex systems in Ecology: a guided tour with large Lotka-Volterra models and random matrices
生态系统代表典型的复杂动态系统，通常由$$ \frac{d x_i}{d t} = x_i φ_i(x_1,\cdots, x_N)\ , $$形式的耦合微分方程建模，其中$N$代表物种数量，$x_i$代表物种丰度$i$。在这些族的耦合微分方程，Lotka-Volterra（LV）方程$$ \frac{d x_i}{d t} = x_i ( r_i - x_i +(Γ\mathbf{x})_i)\ , $$发挥了特殊的作用，因为LV模型代表了一个可接受的复杂性和易处理性之间的权衡。在此，$r_i$表示$i$物质的内在增长，$Γ$表示相互作用矩阵：$Γ_{ij}$表示$j$物质对$i$物质的影响。对于大的$N$，估计矩阵$Γ$通常是压倒性的任务，并且替代方案是随机绘制$Γ$，通过有限数量的模型特征来参数化其统计分布。处理大型随机矩阵，我们自然依赖于随机矩阵理论（RMT）。这篇评论文章的目的是提出一个概述的理论生态学和大型随机矩阵理论的交界处的工作。它的目的是跨学科的观众跨越理论生态学，复杂系统，统计物理学和数学生物学。
2022-12-12 math.PR q-bio.PE
Description, distribution and ecology of living Reophax pyriformis n. sp. (Campos Basin, South Atlantic Ocean)
梨形串房虫（Reophax pyriformis Yamashita，Sousa and Kaminski，n. sp.，一个凝集的底栖有孔虫物种，在坎波斯盆地（巴西大陆边缘东南部）的地区进行了分析。这项研究以水深在400米至3 000米之间的34个海洋观测站（54个样本）为基础。活Reophax pyriformis n.sp.密度的分布进行了比较，沉积学参数，如总有机碳，总氮，碳酸钙，植物色素，脂类生物标志物（甾醇，脂肪酸和正-醇），总脂质，和细菌生物量，以及颗粒有机物通量到海底。该物种在水深1 000 - 1 200米的范围内发现，平均生活在沉积物中1.52厘米的深度。该物种的分布似乎与脂质生物标志物（外来体和/或大陆衍生物，浮游动物和/或动物群，浮游植物或初级生产者）和总有机碳的影响下，中西部边界流条件。
2019-09-23 q-bio.PE
Four-Dimensional Discrete-time Lotka-Volterra Models with an Application to Ecology
本文研究了食饵具有自抑制项的两捕食者两食饵离散Lotka-Volterra模型，并将其直接应用于生态学问题。模型中的参数被修改，使得它们中的每一个都具有其自己的生物学意义，从而能够更直观地解释模型的生物学条件。此外，改进后的模型不仅适用于四种群的捕食-食饵封闭系统，还适用于模拟大生态系统的一部分。本文提出了一种简单的图解法，分析了共存系统长持续生存的参数条件。作为一个应用程序，它被解释为一个捕食者物种谁吃相对较少的猎物相比，其他捕食者物种必须选择可用的猎物，以长期持续的生态系统。这可以被看作是一个理论解释的存在，flush-pursuer鸟类，那些使用高度专业化的狩猎策略和交叉适应的生态系统相对于普通的鸟类。
2012-11-26 math.DS 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
Statistical mechanics unifies different ecological patterns
最近，人们越来越关注使用最大相对熵（MaxREnt）作为生态学统计推断的工具。相反，在这里，我们提出MaxREnt作为一种工具，应用统计力学生态学。我们使用MaxREnt来解释和预测生态群落中的物种丰度模式，在给定的环境约束下的最可能的行为，以同样的方式，统计力学解释和预测热力学系统的行为。我们表明，MaxREnt统一了许多不同的生态模式：（i）在相对局部尺度上，预测的单峰生物多样性-生产力关系与草地群落的已发表数据非常一致，（ii）预测的稀有物种与丰富物种的相对频率与经验对数正态分布非常相似，（iii）解释了中性和非中性物种丰度模式，（iv）在更大的尺度上，预测生物多样性与生产力之间的单调关系符合物种-能量定律;（v）在资源丰富的群落中，预测能量等效和幂律自疏行为。我们确定这些生态模式和热力学系统的行为之间的数学相似性，并得出结论，生态模式的解释是不是唯一的生态，而是反映了通用的统计行为的复杂系统下的许多自由度非常一般类型的环境约束。
2007-12-13 q-bio.PE
Fluctuation induces evolutionary branching in a modeled microbial ecosystem
利用微生物进化生态学模型研究了环境波动对物种多样性〈动〉的影响。我们发现，环境波动诱导进化分支，并确保多个物种的共存。成对入侵性分析被用来说明物种形成过程。我们还讨论了波动是如何影响物种多样性〈动〉<动>。
2007-10-22 q-bio.PE
Evolutionary ecology in-silico:evolving foodwebs, migrating population and speciation
我们通过考虑同一生态系统中生物体从一个“斑块”到另一个“斑块”的可能运动，概括了我们的进化生态学的“统一”模型。我们对生态系统的空间扩展进行建模（即，地理学）由一个正方形网格组成，每个站点对应一个不同的“补丁”。一个自组织的等级食物网〈动〉<动>描述了生态系统中的捕食者-食饵关系。同一种在不同斑块的食性〈动〉<动>相同，但繁殖特征不同。通过进行计算机模拟到$10^9$时间步长，我们发现，根据参数集的值，物种的寿命分布可以是指数或幂律的组合。我们的“统一”模型的其他一些特征对生物体的迁移是强大的。
2004-03-27 q-bio.PE q-bio.QM
Dogs on forest trails; Understanding ecology of Striped Hyena and wild Canids in the presence of free-ranging dogs in Udanti-Sitanadi Tiger Reserve, Central India using Joint Distribution and Deep Neural Networks
本研究利用联合物种分布模型和深度神经网络，揭示了印度中部老虎保护区中条纹鬣狗、灰狼等野生犬科动物与自由活动犬的栖息地重叠及其风险，并预测气候变化下灰狼可能面临栖息地灭绝，强调需制定针对性保护策略。
2024-08-30 q-bio.PE
Comparing fine-grained and coarse-grained object detection for ecology
University of New South Wales（新南威尔士大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文基于澳大利亚相机陷阱数据比较细粒度与粗粒度目标检测在生态监测中的效果，发现形态相似物种合并为单一类别获益最大，负样本仅带来边际提升，并建议按功能类群或更高分类阶元合并物种以支持生态推断。
2024-05-06 cs.CV q-bio.PE q-bio.QM
Evolutionary ecology of words
Graduate School of Informatics（信息学研究生院）；Nagoya University（名古屋大学）
本文提出融合 LLM、进化博弈论与智能体模型的词语进化生态学框架，通过词语互动、替代和突变模拟物种涌现，并以实验展示多样化种群的独特演化与共存。
2025-05-09 cs.AI cs.CL q-bio.PE
The Complexity-Stability Debate, Chemical Organization Theory, and the Identi cation of Non-Classical Structures in Ecology
我们提出了一种新的方法来表示生态系统的反应网络，并显示一个特定的框架称为化学组织理论（COT）揭示了长期的复杂性稳定性的辩论。也就是说，COT提供了一个新的概念景观丰富的分析工具，探索生态系统的结构和稳定性之间的相互作用。给定一个大的物种及其相互作用的集合，COT以计算上可行的方式识别每个封闭和自我维护的物种子集合。这些子集合，称为组织，对应于可以长期共同生存（共存）的物种群体。因此，组织集合包含了生态系统动态中可能发生的所有稳定状态。从这里，我们建议从组织的性质来构思稳定性的概念，从而将反应网络稳定性的大量知识应用于复杂性-稳定性的辩论。作为COT引入新的数学工具的潜力的一个例子，我们表明，一组组织可以配备合适的联合和满足运营商，并为某些生态系统的组织结构是一个非布尔格，以这种方式提供了一个意想不到的逻辑代数结构之间的连接，流行的量子理论的基础，和生态学。
2019-11-18 nlin.AO q-bio.PE
The Waterwheel in the Waterfall
进化生态学研究的一个基本问题是解释不同物种如何在自然生态系统中共存。这个问题与物种营养竞争直接相关。然而，竞争理论，基于经典的逻辑Lotka-Volterra方程，导致错误的结论物种共存。其原因是错误地解释了种间相互作用，以竞争系数的形式表示。在这里，我使用的Logistic Lotka-Volterra型竞争方程，从所谓的资源竞争模型得到的物种共存的必要条件。这些模型表明，只有具有相同竞争能力的物种可以共存。由于竞争物种之间的这种关系，生态系统的生物多样性在进化过程中减少。
2004-01-26 q-bio.PE
Knowing when to stop: insights from ecology for building catalogues, collections, and corpora
本文首次将生态学中的Chao1未观测物种模型应用于格里高利圣咏编目，估计主要体裁曲目覆盖率上界为50%至80%，并发现新增圣咏比例稳定在约5%，表明数据收集的边际收益递减尚未到来。
2025-07-19 cs.DL 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
What can ecosystems learn? Expanding evolutionary ecology with learning theory
了解共同进化如何改变群落相互作用的结构，对于了解系统在所有尺度上对变化的反应至关重要。然而，在没有群体选择过程的情况下，集体的社区行为不能在达尔文的意义上组织或适应。因此，一个悬而未决的问题仍然存在：是否有其他的组织原则，使我们能够理解如何共同进化的组成物种创造复杂的集体行为表现在社区水平？我们使用联结主义学习的原理来解决这个问题，联结主义学习是一门关于简单网络中涌现行为的成熟理论的学科。我们确定的条件下，生态相互作用的选择是相当于“无监督学习”（一种简单的类型的连接学习），并观察到，这使得社区自我组织没有社区级的选择。尽管不是达尔文的单位，但生态群落可以表现得像联结主义的学习系统，创造出适应过去环境条件并积极回忆这些条件的内部组织。
2015-06-21 q-bio.PE
Les Houches Lectures on Community Ecology: From Niche Theory to Statistical Mechanics
Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）；Pontifical University of the Holy Cross（十字神学院宗座大学）；Dept. of Physics and Faculty of Computing and Data Science, Boston University（波士顿大学物理系与计算数据科学学院）
本文为社区生态学综述，介绍核心模型CRM与GLV，揭示生态动力学与约束优化的关联，并运用无序系统统计物理方法分析高维复杂生态系统，搭建生态学与统计物理学的研究桥梁。
2026-11-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech 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
Roots of diversity relations
种-面积关系是生态学的核心概念之一，但其起源至今仍是一个谜。由于生态系统被理解为能量转换系统，物种丰富度被认为是由于无处不在的能量转换的必要性。从热力学的角度来看，生物体是一种转换机制，它将能量沿着最陡的梯度向下分配到生态系统的各种化学能储存库，即，物种的种群。转导机制，即由众多物种组成的生态系统，可能会出现并朝着比小区域拥有更多物质的大区域的高效率发展。这导致了众所周知的面积和物种数量之间的逻辑关系。物种-面积关系在热力学上被理解为化学能分布的倾斜累积曲线，通常被称为物种-丰度关系。
2009-06-01 q-bio.PE
The logistic equation and a critique of the theory of natural selection
物种共存是现代生态学的中心主题之一。共存是生物多样性〈动〉性<动>的先决条件。然而，问题是，生物多样性如何能够与竞争理论的陈述相协调，竞争理论断言竞争物种不能共存。为了解决这个问题，自然选择理论被拒绝，因为它与种群相互作用的动力学模型相矛盾。生物进化被认为是一个相当于化学反应的过程。要点是自我复制单元之间发生相互作用。在这些假设下，生物多样性是可能的，当且仅当物种在涉及个体的能量流模式方面是相同的。
2007-08-16 q-bio.PE
The Effects of Land-use Change on Brucellosis Transmission in the Greater Yellowstone Ecosystem: A Three Species Mathematical-Epidemiological Model
本文模拟了大黄石生态系统（GYE）中具有高保护价值的麋鹿、牛和野牛之间的布鲁氏菌病传播。它的目的是显示如何在GYE的景观变化伴随影响布鲁氏菌病的流行在三个物种。这种方法使我们能够看到一个地方的景观变化如何影响其他地方人群的疾病流行。该模型利用了这样一个事实：种群的配置方式使得麋鹿成为牛和野牛之间疾病传播的媒介。利用景观生态学指标适用于麋鹿和牛之间的栖息地重叠，麋鹿和野牛之间，景观参数的变化，以确定疾病如何在整个生态系统中传播的土地利用变化发生。研究结果旨在提供有关土地管理如何用于控制牛和麋鹿之间的疾病传播的见解，可能会影响野牛的疾病流行（并受其影响）。
2022-08-01 q-bio.PE
Scaling from traits to ecosystems: Developing a general Trait Driver Theory via integrating trait-based and metabolic scaling theories
基于特征的生态学的兴起使得人们越来越关注特征在群落中的分布和动态。然而，基于特征的生态学的一般理论，可以适用于不同的尺度（例如，大小不同的种类）和梯度（例如，温度），尚未制定。虽然专注于代谢和异速生长理论的研究为这种理论提供了基础，但它并没有明确说明分类群内部和之间的差异，例如最佳生长温度的变化。在这里，我们将基于特质的方法和代谢缩放方法合成为一个框架，我们称之为特质驱动理论或TDT。它表明，性状分布的形状和动态可以唯一地与社区组装的基本驱动因素以及社区将如何应对未来的驱动因素联系在一起。为了评估TDT的预测和假设，我们回顾了几个理论研究，最近的实证研究跨越本地和地理梯度。此外，我们分析了性状分布的变化如何影响生态系统生产力的海拔梯度和140年的生态实验。我们认为，我们的一般TDT提供了一个基线（一）重铸的预测生态理论的基础上物种丰富度的性状分布的形状;（二）整合具体的性状，包括身体大小，和功能多样性规模如何影响物种组合的动态跨越气候梯度和功能组成的变化如何影响生态系统功能。此外，它提供了一个新颖的框架，可以整合基于性状、代谢/异速生长和物种丰富度的方法，以建立更具预测性的功能生物地理学，以显示物种聚集如何以及将如何应对气候变化。
2015-02-23 q-bio.PE
8 quick tips for data-model integration in ecology
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Center for Population Biology, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校种群生物学中心）；Department of Evolution and Ecology, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校进化与生态系）；Coastal and Marine Sciences Institute, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校沿海与海洋科学研究所）；Department of Wildlife, Fish, and Conservation Biology, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校野生动物、鱼类和保护生物学系）；University of Manitoba（曼尼托巴大学）；Department of Mathematics, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校数学系）；California Department of Fish and Wildlife（加利福尼亚州鱼类和野生动物部）
本文提出8个快速技巧，帮助理论生态学家整合多种数据类型，提升模型发展和解释的透明度与合理性。
2026-05-05 q-bio.PE
Mechanisms promoting biodiversity in ecosystems
本综述针对理论生态学中竞争排除原理与生物多样性存在冲突的问题，梳理了多年来提出的促进生态系统生物多样性的各类机制，重点介绍缓解该原理约束的相关机制。
2024-04-23 q-bio.PE
Competitive dominance in plant communities: Modeling approaches and theoretical predictions
对促进物种共存的过程进行定量预测是生态学中一个活跃的研究课题。特别是，竞争性的相互作用是众所周知的形状和维持生态群落，一些物种的竞争或支配其他一些物种的情况是描述自然生态系统的关键。在这里，我们发展生态理论，使用随机的，合成的框架，植物群落大会，导致服从于经验检验的预测。我们提出了两个随机连续时间马尔可夫模型，通过物种高度的层次结构，将竞争优势。第一个模型，这是空间隐含的，预测的预期数量的物种生存和条件下，高度聚集在实现的模型社区。第二个允许空间明确的相互作用的个人和替代机制，可以帮助较短的植物克服高度驱动的竞争，它表明，集群模式仍然不仅在本地，而且在不断增加的空间尺度。此外，虽然植物实际上是高度聚集在空间明确的模型，它允许植物物种丰度不一定倾斜到更高的植物。
2020-01-20 q-bio.PE
Environmental engineering is an emergent feature of diverse ecosystems and drives community structure
生态学的一个中心问题是理解塑造群落结构的生态过程。生态位理论强调竞争对维持物种多样性<动>的重要作用。这些见解中的许多都是使用麦克阿瑟的消费者资源模型（MCRM）或其概括得出的。大多数关于MCRM的理论工作都集中在具有少数物种和资源的小型生态系统上。然而，从小生态系统中获得的理论见解，许多不能扩展到具有许多资源和物种的大型生态系统，因为具有许多相互作用的组件的大型系统通常会显示新的涌现行为，这些行为无法通过分析较小的系统来理解或推断。为了解决这个缺点，我们开发了一个复杂的统计物理启发腔方法来分析MCRM时，物种的数量和资源的数量都很大。我们发现，在这个限制，物种一般和一贯扰乱他们的环境和显着修改可用的生态位。我们展示了我们的腔方法如何自然地将生态位理论推广到大型生态系统，通过考虑这种新兴的环境工程对物种入侵和生态稳定<动>的影响。我们的工作表明，环境工程是大型自然生态系统的一般特征，在分析和解释群落结构时必须考虑到。它还强调了植物物理学启发的方法在促进我们对生态学的理解方面可以发挥的重要作用。
2017-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Les Houches lectures on Theoretical Ecology: High-dimensional models and extreme events
本讲义探讨理论生态学中的高维建模挑战，利用随机矩阵和无序系统技术分析MacArthur/资源-消费者模型与广义Lotka-Volterra模型，并指出连接实证观察与宏观生态学模式的前沿方向。
2025-03-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech 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
Environ centrality reveals the tendency of indirect effects to homogenize the functional importance of species in ecosystems
生态学家和保护生物学家需要确定物种的相对重要性，以做出合理的管理决策，并有效地分配稀缺资源。本文介绍了一种新的方法，称为环境中心性，以确定相对重要性的物种在生态系统网络的生态系统能量-物质交换。通过与其他常用的中心性度量指标的比较，我们证明了环境中心性的独特性，并展示了它的生态意义。具体来说，我们测试了两个假设上的一组50基于生态系统网络模型。第一个问题涉及社区中心地位的分配。我们假设，物种的功能重要性将倾向于集中到几个优势种〈动〉<动>，其次是一组物种与较低的，更均匀的重要性，经常看到的优势多样性曲线。其次，我们测试了系统生态学假设，即间接关系同质化生态系统中物种的功能重要性。我们的研究结果支持这两种假设，并强调了碎屑和营养物回收的重要性，如真菌和细菌在产生能量-物质流的生态系统。我们的同质化结果表明，间接影响是重要的，部分原因是它们往往甚至物种在生态系统中的重要性。这项工作的一个核心贡献是，它创建了一个正式的数学方法来量化物种在产生生态系统活动中的重要性，通过整合生态系统中的直接，间接和边界效应。
2011-10-25 q-bio.PE
Beyond similarity: A network approach for identifying and delimiting biogeographical regions
生物地理区域（地理上不同的物种和群落组合）是生态学、地理学、进化和保护生物学的基石。物种周转率的措施经常被用来量化生物多样性模式，但基于相似性和聚类算法是高度敏感的常见偏见和复杂的物种分布数据。在这里，我们应用一个社区检测方法，从网络理论，结合复杂的，高阶的存在-不存在模式。我们通过将其应用于世界上所有的两栖动物物种来证明该方法的性能（c。6，100种），美国的所有维管植物物种（c。17，600），和一个假设的数据集包含一个生物过渡区。与目前的方法相比，我们的方法解决了过渡区所带来的挑战，并成功地确定了大量的共同认可的地理区域。这一方法是在客观地根据数据确定和划定世界地理区域方面的一个重要进步。
2014-10-11 q-bio.PE q-bio.QM
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
Feasibility and Single Parameter Scaling of Extinctions in Large Ecological Communities
University of Geneva（日内瓦大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Applied Sciences of Western Switzerland HES-SO（瑞士西部应用科学大学 HES-SO）
研究通过随机矩阵理论分析了大规模生态群落中物种共存的可行性及灭绝触发机制，推导出灭绝概率的解析表达式并提出单参数标度律。
2026-08-07 nlin.AO physics.bio-ph 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
A theoretical approach to understand spatial organization in complex ecologies
预测生态的命运是一项艰巨但极其重要的任务。作为这一任务的一部分，需要发展的组织，层次结构和物种之间的相互关系，形成生态的理解。专注于复杂的食物网络，我们提出了一种理论方法，可以实现这种理解。从邻接矩阵开始，该方法推导出编码各种物种间关系的特定矩阵。该方法的全部潜力是在空间环境中实现的，其中一个获得详细的预测新兴的时空模式。对于各种情况下，这些理论预测通过数值模拟进行了验证。
2016-05-06 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Throughflow centrality is a global indicator of the functional importance of species in ecosystems
为了更好地理解和管理生态系统等复杂系统，了解系统组成部分对系统功能的相对贡献至关重要。生态学家和社会科学家已经描述了许多方式，个人可以是重要的，这篇文章提出了两个关键的贡献，这一研究领域。首先，它表明，通流，总的能量物质进入或退出系统组件，是一个整体指标的组件对整个系统活动的相对贡献。它是全球性的，因为它包括社区成员之间的直接和间接交流。此外，通流是社会科学中定义的哈贝尔状态的特殊情况。这种认识有效地结合了概念，使生态学家能够使用和建立在网络科学中更广泛的中心性研究。其次，我的特征分布的45个基于植物的营养生态系统模型中的通流。与预期一致，该分析表明，一小部分系统组件负责大部分系统活动。在73%的生态系统模型中，20%或更少的节点产生了80%或更多的总系统通流。四个或更少的主导节点需要占总系统活动的50%。在45个生态系统模型的130个优势节点中，有121个节点可以被归类为初级生产者、死有机物或细菌。因此，通流中心性表明了生态系统组成部分的等级权力，并显示了权力集中在初级生产和分解循环。虽然这些结果是生态系统特有的，但这些技术是建立在基于经济投入产出分析的流量分析基础上的。这些结果对生态系统生态学、工业生态学、城市代谢研究以及其他应用投入产出分析的领域都有一定的参考价值。
2012-09-04 physics.soc-ph q-bio.PE q-bio.QM
Covariations in ecological scaling laws fostered by community dynamics
生态学中的标度律，作为生态相关量之间的函数关系和表征其发生的概率分布，长期以来一直吸引着生态学家和理论家的兴趣。经验证据表明，幂律与栖息在生态系统中的物种数量、它们的丰度和特征有关。虽然它们的函数形式似乎是普遍存在的，经验标度指数不同的生态系统类型和资源供应率。生态标度律是联系在一起的这一想法以前就已经被考虑过了，但是宏观生态格局协变的全部程度、有限资源供给所施加的约束的作用以及全面的经验验证仍然没有被探索。在这里，我们提出了一个理论的缩放框架，预测几个宏观生态模式的联系有关的物种的丰度和身体大小。我们表明，这样的框架是一致的平稳状态统计的资源有限的社区动力学模型，无论参数化和模型假设。我们通过对比经验数据来验证预测的理论协变，并为尚未探索的模式提供可检验的假设。因此，我们把观察到的生态标度指数的变化到一个连贯的统计框架，在生态模式嵌入约束波动。
2017-10-17 nlin.AO physics.bio-ph physics.data-an
