Intraspecific competition in models for vegetation patterns: decrease in resilience to aridity and facilitation of species coexistence
有图案的植被是许多旱地生态系统的一个特征。虽然在生态系统范围内的植物密度通常较低，空间自组织原理导致高生物量斑块和裸露土壤斑块交替发生。然而，在植被格局的数学模型中，种内竞争动态通常被忽略，而不是在长空间尺度上对水分的竞争。在这一章中，我解决了当地种内竞争带状植被格局的建模框架的影响。首先，我表明，在一个单一物种模型的背景下，忽略本地种内竞争导致高估的模式化生态系统的弹性增加干旱。其次，在一个多物种模型的背景下，我认为，当地种内竞争是一个关键因素，在成功捕获的物种共存的模型解决方案代表的植被模式。对于这两个模型，详细的分歧分析，分析的开始，存在性和稳定性的模式。除了局部种内竞争的优势外，两个物种之间的差异也对分支结构产生了重大影响，为复杂生态系统动态提供了重要见解。本章中对未来生态系统动态的预测，特别是对模式启动和模式稳定性的预测，可以帮助保护计划的制定。
2020-05-02 q-bio.PE
Structured interactions as a stabilizing mechanism for competitive ecosystems
大型生态系统如何创造和维持我们在自然界中看到的非凡生物多样性可能是科学中最大的开放问题之一，吸引了从理论生态学到数学和物理学等不同领域的关注。在这种情况下，模拟竞争有限资源的物种稳定共存是一项特别具有挑战性的任务。从数学的角度来看，当物种之间的优势形成不传递循环时，竞争动态中的共存可以实现。然而，这些关系通常会导致物种的相对丰度中性循环，而不会收敛到一个稳定的平衡。虽然近年来提出了一些机制，能够解释竞争群落中物种共存的模型仍然有限。在这里，我们确定当地的相互作用作为一个最简单的机制，导致稳定的物种共存。我们考虑一个简化的生态系统，每个物种的个体都位于一个空间网络上，只有在一定距离内的节点之间才有可能发生相互作用。改变这种距离可以在本地和全球竞争之间进行插值。我们的研究结果表明，在我们的模型范围内，物种共存达到稳定的平衡时，满足两个条件：个人嵌入在空间中，只能与其他个人在短距离内互动。相反，当其中一种成分缺失时，就会出现大幅振荡和中性周期。
2022-09-30 q-bio.PE
Random switching in an ecosystem with two prey and one predator
本文研究了两个食饵种群和一个捕食者种群的长期动力学。在确定性环境中，如果我们假设相互作用是Lotka-Volterra型（竞争或捕食），这个系统的长期行为是众所周知的。然而，自然通常不是决定性的。所有的生态系统都会经历某种随机的环境波动。我们将这些合并到一个自然的框架中，如下所示。假设环境有两种可能的状态。在这两个环境状态的动态是由一个系统的Lotka-Volterra常微分方程。随机性来自于在每种环境状态下花费指数级的时间，然后切换到另一种状态。我们展示了这种随机切换如何产生非常有趣的现象。在某些情况下，随机性可以促进三种物种的共存，即使在两种环境状态中共存是不可能的。在其他情况下，即使两种环境状态共存，转换也可能导致一种或多种物种的损失。我们研究捕食者和环境波动如何调解竞争物种之间的共存。
2021-11-24 math.DS math.PR q-bio.PE
Estimating the probability of coexistence in cross-feeding communities
许多微生物生态系统的动力学是由交叉喂养相互作用驱动的，其中一些物种分泌的代谢物被其他物种进一步代谢。这种生态系统的种群动力学受频率依赖选择的支配，这种选择允许两个或两个以上的物种稳定共存。本文分析了一个基于复制子方程的交叉取食模型，目的是在给定三个物种在三个单独的对中共存的能力的信息，即三个两物种组成系统的长期动态的情况下，建立三个物种共存的准则。三重系统的统计研究和共存的物种三重态的概率计算两种模型的物种相互作用。的相互作用参数建模为随机独立或组织在一个层次结构中，任何衍生的代谢物携带的能量比以前的营养物质在代谢链中。我们区分不同的共存模式相对于成对的动态的物种，并发现共存的概率接近$\frac12$的三重系统与三个成对共存对和所谓的不传递系统。系统与两个和一个成对共存对更有可能存在随机相互作用参数，但另一方面，不太可能表现出三重共存。因此，我们得出结论，从统计学的角度来看，某些物种的三胞胎是罕见的，但如果允许相互作用，则可能共存。这些知识可能有助于构建用于工业目的的合成微生物群落。
2016-08-15 q-bio.PE
Entropy evaluation sheds light on ecosystem complexity
保护生物多样性和生态系统稳定性是一项挑战，可以通过现代统计力学建模来实现。在这里，我们介绍了一个基于变分最大熵的算法来评估在一个最小的生态系统中的两个物种的生存竞争的格。该方法定量地再现了无标度法的猎物浅滩的大小，简单的平均场方法失败：直接近邻相关性被发现是描述系统自组织行为的基本成分。此外，熵允许测量的结构排序，这被发现是一个关键因素，在表征两种不同的共存行为，一个捕食者形成本地化的补丁在海洋中的猎物和另一个物种显示更复杂的模式。所介绍的方法的一般性质为其在许多其他系统中的应用铺平了道路。
2018-10-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Mortality makes coexistence vulnerable in evolutionary game of rock-paper-scissors
生态系统中的多个物种被认为周期性地竞争生存，从而维持自然界的平衡。随机性在这一动态中也具有不可避免的作用。考虑到自然界的这些属性，基于循环优势思想的岩石-纸-植被模型的随机动力学成为捕捉生态系统不同方面的有效工具。这个模型的演化动力学主要取决于代表不同自然习性的不同相互作用。在这个框架中，我们探讨了个体生物的死亡率在一个物种的集体生存中的作用。为此目的，引入了一个称为“自然死亡”的新参数。它意味着导致个体死亡，而不管任何种内和种间的相互作用。我们进行Monte Carlo模拟，然后对定义的速率方程的不同不动点进行稳定性分析，并观察到自然死亡率是决定生态系统是否会出现共存或单一物种生存的最重要因素之一。
2020-05-07 nlin.AO nlin.CD physics.soc-ph
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
Competitive Exclusion in an Artificial Foraging Ecosystem
本文通过时空智能体模型模拟两个不同内在增长率的觅食物种竞争同一资源，精确控制参数并识别出狭窄共存区域及偏利共生实例，为竞争排斥与群落组装研究提供了新的人工实验工具。
2023-05-30 physics.soc-ph q-bio.PE
Species Diversity in Rock-Paper-Scissors Game Coupling with Levy Flight
石头剪子布游戏是研究生态系统生物多样性的一个很好的模型。然而，以往的研究只考虑了物种间的最近邻相互作用.本文在考虑长程迁移的情况下，研究了空间RPS博弈中Levy飞行的最近邻相互作用和长程相互作用服从指数h（-0.3<h<-0.1）的幂律距离分布的相互作用效应。以长距离Levy飞行概率和幂指数为参数，得到了三种物种共存的条件，给出了参数空间中三种物种稳定共存的临界曲线。它也被发现，长距离相互作用与利维飞行有有趣的影响，最终的时空格局的系统。研究结果表明，Levy飞行的长程相互作用对生态系统的生物多样性有明显的影响。
2012-02-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Overcome Competitive Exclusion in Ecosystems
解释自然界中的生物多样性是生态学中的一个基本问题。一个突出的挑战体现在所谓的竞争排斥原则：两个物种竞争一个有限的资源不能共存于恒定的人口密度，或更一般地说，消费物种的数量稳定共存不能超过资源。在自然生态系统中很少观察到竞争排斥现象，这一事实尚未得到充分理解。在这里，我们表明，通过在消费过程中的消费者和资源之间形成追逐三胞胎，竞争排斥原则可以自然地被违反。这里开发的建模框架是广泛适用的，可以用来解释许多消费资源生态系统的生物多样性，从而加深我们对自然界生物多样性的理解。
2019-05-15 physics.bio-ph q-bio.PE
Geometry of ecological coexistence and niche differentiation
本文提出基于消费者偏好空间中凸多面体的新几何框架，用于预测物种共存、枚举生态稳定稳态及其转变，从而扩展Tilman的$R^*$和共存锥等经典几何原理，揭示物种性状在生态位理论中的作用。
2023-10-29 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Time scales and species coexistence in chaotic flows
对海洋生态系统的经验性观察表明，生物和平流时间尺度的平衡是物种共存的一种可能解释。为了验证这种情况下，我们测量的时间固定在中性发展的人口在混沌流。与直觉相反，时间尺度的变化并不直接插在无流动和混合良好的限制之间;相反，我们发现，固定是最慢的中间Damköhler数，表明物种的长期共存。我们的分析表明，这种放缓是由于日益模块化的网络上的空间组织。我们还发现，扩散可以减缓或加快固定，这取决于流动和进化的相对时间尺度。
2016-08-18 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph q-bio.PE
Effective Resource-Competition Model for Species Coexistence
传统上，生态位理论的广泛框架内解释了大型生态系统中物种的局部共存。然而，其理论基础很难证明在几乎同质的环境中观察到的丰富的生物多样性是合理的。在这里，我们考虑一个消费者资源模型中，一个粗粒化的过程占各种生态机制，并导致有效的空间效应，有利于物种共存。在这里，我们为几个物种提供了在资源很少的环境中生活的条件。事实上，该模型显示了两个不同的阶段，这取决于幸存物种的数量是否大于或小于资源的数量。我们得到的条件，使一个物种可以成功地殖民共存的物种池。最后，我们分析计算了共存物种的种群大小分布。数值模拟以及人口规模的经验分布支持我们的分析结果。
2021-10-08 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A model for random fire induced tree-grass coexistence in savannas
热带稀树草原生态系统中的林草共存强烈依赖于环境干扰，其中关键是火。在文献中的大多数建模尝试缺乏随机的方法来反映火灾发生的不可预测性是至关重要的。现有的模型，实际上包括火灾的随机性，通常只进行数值分析。引入了一个新的最小模型，其中火灾发生是按随机过程进行的。我们使用线性半群理论的工具，提供更仔细的数学分析模型。从本质上讲，我们表明，存在一个独特的固定分布的树木和草的生物量。
2018-06-09 math.PR 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
Coexistence via trophic cascade in plant-herbivore-carnivore systems under intense predation pressure
该研究构建并分析纳入种子、植物相互作用、植食与捕食因素的三营养级食物链模型，揭示强捕食压力下食肉动物通过营养级联促进三类生物共存。
2024-08-09 q-bio.PE
Nutrient levels and trade-offs control diversity in a serial dilution ecosystem
微生物群落具有巨大的物种多样性，这种多样性与从生态系统稳定到医疗保健的结果有关。然而，微生物多样性背后的机制仍在争论之中。虽然简单的资源竞争模型不允许大量物种共存，但最近的研究表明，代谢权衡可以允许无限的多样性。这种多样性是否会随着更现实的、间歇性的营养供应而持续下去？在这里，我们从理论上证明，在连续稀释培养，代谢权衡允许高多样性。当向每个批次供应少量营养物时，连续稀释动力学模拟恒化器样稳态。如果提供更多的养分，多样性取决于由于“早起鸟”效应而提供的养分量。这种效应与不同的环境因素和多样性支持机制的相互作用导致了营养供应和多样性之间的各种关系，这表明真正的生态系统可能不服从普遍的营养多样性关系。
2020-08-17 physics.bio-ph q-bio.PE
Periodic temporal environmental variations induce coexistence in resource competition models
本研究通过种群动力学模型，发现周期性环境变化在时间尺度与种群增长相似时可促进多物种稳定共存，扩展了Tilman的R*规则，并表明生物多样性部分源于环境变化。
2023-06-22 q-bio.PE
Large ecosystems in transition: bifurcations and mass extinction
我们提出了一个多物种种群在分布式资源上生存的模型。系统动力学研究的变化下的非生物因子，如气候，通过环境温度参数化。特别是，我们通过非生物因子引入物种丰度和资源之间的反馈。这个模型显然是第一个包含气候和种群动力学耦合的反馈机制的模型。此外，我们还考虑了自我限制效应。该模型解释了许多物种的共存，但也显示了灾难性的分叉的可能性，在那里所有物种成为灭绝的影响下，非生物因子。我们表明，这些因素的变化有不同的制度的生态系统行为，包括可能的混乱政权时，非生物的影响是足够强。
2017-01-08 nlin.AO q-bio.PE
A conceptual predator-prey model with super-long transients
基于逻辑斯蒂映射，提出一个捕食者与猎物相互适应的简单模型，该模型能统一再现种群周期、混沌、超长瞬态、状态转变和恢复力等典型生态动力学，并便于详细分析，作为理解生态系统的概念工具。
2026-09-23 nlin.CD physics.bio-ph q-bio.PE
A model of discrete Kolmogorov-type competitive interaction in a two-species ecosystem
生态系统是一个非线性的动力系统，它的轨道引起了系统中观察到的复杂性。生态系统的不同组成部分在离散时间内相互作用，产生决定系统时间演化轨迹的涌现特征。本文研究了一个玩具两种群生态系统的演化动力学，该系统被建模为离散时间Kolmogorov系统。据推测，只有这两个物种组成的生态系统，并相互竞争，以获得生长资源，介导的种间以及种内耦合常数，以获得资源的增长。数值模拟揭示了这些种群在演化过程中从规则动力学向不规则动力学的转变以及混沌的出现。我们发现，混沌动力学的存在或不存在是由种间相互作用系数。对于值的种间相互作用常数相距甚远，系统出现定期动态，这意味着共存的竞争种群的长期进化方案。
2015-07-28 math.DS q-bio.PE
How Combined Pairwise and Higher-Order Interactions Shape Transient Dynamics
本研究提出融合成对与高阶交互的模型，发现高阶交互能显著缩短平均瞬态时间并加速生态系统向稳定共存收敛，为生态保护与管理提供了实用框架。
2024-09-25 nlin.AO q-bio.PE
One predator and two prey: Coexistence of pumas, guanacos and sheep in Patagonia
针对巴塔哥尼亚美洲狮、原驼和绵羊构成的一捕两食生态系统，研究构建并简化方程模型，利用推广三元图和感知器ML分析关键参数对物种共存与灭绝的影响。
2024-12-04 q-bio.PE
A universal niche geometry governs the response of ecosystems to environmental perturbations
本文提出一种基于几何变换的普适理论框架，将广义消费者-资源模型中的环境扰动映射为生态位结构变化，并证明仅凭物种响应难以区分合作与竞争相互作用。
2024-11-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Spatially disordered environments stabilize competitive metacommunities
本研究开发多层网络模型，发现空间无序通过生态位自发局域化稳定竞争性元群落中的物种共存，为理解景观结构促进生物多样性提供新框架。
2024-04-15 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Dynamic coexistence driven by physiological transitions in microbial communities
引入群落状态唯象模型，通过全局生态坐标描述微生物生理状态转变，揭示了动态群落提升多样性耐受性、增强稳定性及晚生长物种纳入要求的三大特征，将生态动力学研究转向自上而下的定量分析。
2024-01-04 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
Metastability as a coexistence mechanism in a model for dryland vegetation patterns
植被格局是缺水生态系统的普遍特征。尽管对同一有限资源的竞争，几种植物的共存是常见的。本文在单种群Klausmeier模型的基础上提出了一个双种群反应扩散模型，分析研究了两种群共存状态的存在性。从理论上讲，该研究发现，如果植物物种的平均适合度存在微小差异，则支持共存，该平均适合度是通过物种将水转化为新生物量的能力与其死亡率的比率来衡量的。在数学上，共存不是系统的稳定解，但空间均匀和模式化共存状态都是亚稳态。在这种情况下，一个亚稳态的解决方案，其中两个物种共存对应于一个长期的瞬态（超过$10^3$年的尺寸参数）到一个稳定的单物种状态。这种行为的特点是小尺寸的正特征值具有相同的数量级的两个物种之间的平均健身差异。两种机制导致亚稳态解决方案的发生建立：一个空间一致的不稳定平衡和一个稳定的单物种模式，这是不稳定的竞争对手的引入。我们进一步讨论了不对称种间竞争（如阴影）的亚稳态性能的影响。
2019-11-25 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
Unlocking ensemble ecosystem modelling for large and complex networks
针对大型生态系统网络集合建模计算低效的问题，提出一种新型序贯蒙特卡洛采样方法，在保证等效参数推断和预测的前提下将计算时间从108天缩短至6小时，首次实现了对更大规模真实网络的模拟与分析。
2024-01-25 q-bio.PE stat.AP
Species coexistence in a neutral dynamics with environmental noise
环境波动对生态群落的组织有着重要的影响，了解这种变化如何影响生态系统的生物多样性是生态学中的一个主要问题。在本文中，我们分析的情况下，两个物种竞争的资源的中性学说〈动〉<动>的框架内，在环境噪声的存在下，投入特别关注的变化如何调节物种的适合度。环境是二分法的，随机性在有利于一个物种而不利于另一个物种的时期之间交替，长期保持中立。我们研究了两种不同的情况：在第一种情况下，物种适应度随环境线性变化，在第二种情况下，有效适应度由竞争相同资源的个体的总适应度重新缩放。我们发现，在前一种情况下，环境波动总是减少物种共存的时间，而这样的时间可以提高或减少在后一种情况下，这取决于环境的相关时间。这种现象可以理解为Chesson储存效应的直接结果。
2016-11-15 q-bio.PE
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
Chemical warfare and survival strategies in bacterial range expansions
物种的扩散是生物多样性进化和维持的一个基本生态过程。对生态参数的控制有限，阻碍了对物种在新地区定居的原因以及物种间相互作用的重要性的理解。这种控制对于构建可靠的生态系统数学模型是必要的。在我们的工作中，我们研究了分散的细菌范围扩大的背景下，并确定了三种大肠杆菌菌株（产毒素，敏感，耐药）的细菌模型系统的物种共存的主要决定因素。基因工程使我们能够调整菌株的生长速率，并设计不同的生态方案（循环和分层）。我们发现，所有菌株的共存依赖于三个强烈相互依赖的因素：接种物的组成，相对菌株的生长速率，和有效的毒素范围。我们的实验和经过彻底校准的计算模型之间的鲁棒协议使我们能够根据现象学生物多样性定律推断出这些复杂的相互依赖关系。我们的数学分析还表明，菌株之间的循环优势并不是竞争范围扩展共存的先决条件。相反，强大的三种菌株共存需要生长速率之间的平衡，或者降低产毒素菌株的初始比例，或者足够短的毒素范围。
2014-05-20 physics.bio-ph q-bio.PE q-bio.QM
Biodiversity in model ecosystems, II: Species assembly and food web structure
这是两篇论文中的第二篇，致力于竞争和生物多样性的人口模型之间的关系。本文考虑通过不断引入新种〈动〉<动>使种群动力学远离不动点的物种聚集模型，并将系统在不动点处的共存条件推广到这类模型.我们在这里定义的共享猎物的物种之间的生态重叠，提供了一个有效的种间竞争和营养网络拓扑结构的定量测量。我们得到的重叠分布的一个新的模型的基础上的移民和物种形成的模拟，并表明，他们是在很好的协议与三个大的天然食物网测量。正如第一篇论文所讨论的，环境的快速波动与竞争物种共存的条件相互作用，限制了一个营养级所能容纳的最大生物多样性。生物多样性的水平限制与能量耗散或波动增长相结合，在我们的模型中，这限制了食物网在垂直方向上的长度。这些成分产生一个有效的食物网模型，产生一个生物多样性的配置文件，最大的中间营养级，在现场研究的协议。
2005-02-19 q-bio.PE
Ecological invasion in competition-diffusion systems when the exotic species is either very strong or very weak
具有Lotka-Volterra型反应项的反应-扩散系统，也称为竞争-扩散系统，被用来研究$m$生态物种之间为了生存和生长所必需的有限资源而竞争的动力学.尽管它们的数学结构相当简单，但这些系统可能会显示出相当有趣的行为。特别地，虽然对于$m=2$，两种物质通常不可能共存，但如果是$m \ge 3$，我们可以观察到所有物质或一部分物质共存，这敏感地取决于参数值。这种共存可以采取非常复杂的时空模式和振荡的形式。不幸的是，目前还没有已知的工具来对$m \ge 3$的这种系统进行完整的分析研究。这意味着，为共存的发生建立一般标准似乎是非常困难的。在本文中，我们将给出物种不共存的一些标准，其动机是生态系统被外来外来种〈动〉<动>的生态问题。我们将证明，当环境对入侵物种非常有利时，入侵总是会成功的，而本地物种将被驱逐到灭绝的边缘。另一方面，如果环境不够有利，入侵总是会失败。
2018-01-30 math.AP q-bio.PE
Modeling microbial cross-feeding at intermediate scale portrays community dynamics and species coexistence
微生物之间的社会相互作用可以在许多细节层面上描述，从细胞间相互作用的生物化学到种群的生态动力学。选择最佳水平来模拟微生物群落而不失一般性仍然是一个挑战。在这里，我们建议在一个中间水平的交叉喂养的相互作用模型之间的基因组规模的代谢模型的个别物种和消费者资源模型的生态系统，这是适合于经验数据。我们将我们的方法应用于三个已发表的多菌株大肠杆菌群落的例子，这些大肠杆菌群落的复杂性越来越高，包括可替代的代谢副产物或必需营养素的单向，双向和多向交叉喂养。中等规模的模型准确地描述了经验数据，并可以量化的交换率难以捉摸的其他手段，如副产物分泌物，即使是一个复杂的社区的14个氨基酸营养缺陷型。我们使用这三个模型来研究每个社区对干扰的鲁棒性限制，例如资源供应，抗生素治疗和其他“骗子”物种的入侵。我们的分析提供了一个基础，以量化交叉喂养的相互作用，从实验数据，并强调了代谢交换的微生物群落的动态和稳定性的重要性。
2020-02-19 q-bio.CB q-bio.PE
Ambush strategy impacts species predominance and coexistence in rock-paper-scissors models
本文在空间石头-剪刀-布模型中引入自适应Ambush策略，通过随机模拟发现15%局部密度阈值最优，并可使低移动性物种共存概率最高提升53%。
2025-10-19 nlin.AO nlin.PS physics.app-ph
A mechanistic verification of the competitive exclusion principle
生物多样性保护日益紧迫。重要的是要找到具有不同适应性的物种在特别困难的情况下竞争共存的机制-在一个有限的资源上，在孤立的稳定的统一栖息地，没有任何权衡和合作的相互作用。在这里，我们展示了一个竞争共存机制的基础上的孤立子行为的人口波。我们用逻辑公理化的确定性个体元胞自动机方法对其进行了建模。我们的人口和生态系统动力学的机制模型是白盒类型，所以他们提供了直接的洞察机制正在研究中。该机制提供了两个，三个和四个竞争物种的不确定共存。这种机制违反了竞争排斥原理的已知公式。因此，我们提出了一个完全机械和最严格的原则表述。
2013-05-01 q-bio.PE q-bio.QM
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
Extinctions as a vestige of instability: the geometry of stability and feasibility
该研究在Lotka-Volterra方程框架下探究物种共存的稳定性与可行性条件，发现共存通常先因可行性丧失（物种丰度归零）打破，明确了可行性更具限制性且二者紧密关联，还分析了相互作用强度变化对共存物种集合的影响及非对称相互作用的适用性。
2024-05-18 q-bio.PE
Community-level cohesion without cooperation
最近的工作提请注意社区-社区接触（“聚结”）可能是塑造自然生态系统的一个重要因素。这项工作建立在麦克阿瑟的竞争共存的经典模型，以调查这种社区层面的竞争在一个最小的理论设置。结果表明，一个物种的生存能力的聚结事件是最好的预测社区水平的“健身”的原生社区，而不是物种本身的内在性能。这里提出的模型允许正式的宏观角度，使一个社区窝藏生物在不同的丰度成为相当于一个单一的生物体表达基因在不同的水平。虽然大多数自然群落并不满足多层次选择理论发展的多细胞性的严格标准，但这里描述的有效凝聚力是劳动分工的一般结果，不需要合作相互作用，并且可以预期在微生物生态系统中广泛存在。
2016-03-10 q-bio.PE
Coexistence, extinction, and optimal harvesting in discrete-time stochastic population models
我们分析了可以通过收获控制的相互作用种群的长期行为。动态被假定为离散的时间和随机的，由于环境波动的影响。我们提出了灭绝和共存的标准时，有一个或两个相互作用的物种。然后，我们使用这些工具，以了解何时收获导致物种灭绝或持续存在，以及最佳收获策略，最大限度地提高预期的长期产量，看起来像什么。对于单种群系统，我们证明了在一定条件下，最优收获策略是bang-bang型的：存在一个阈值，在该阈值下没有收获，而在该阈值以上的一切都被收获。本文的第二部分是关于生态系统的分析，有两个相互作用的物种，可以收获。特别是，我们仔细研究捕食者-猎物和竞争Ricker模型时，有两个物种。在这种情况下，我们将展示如何找到最佳的比例收获策略。如果系统是捕食-食饵型系统，则最优比例收获策略是：根据相互作用参数和捕食者相对于食饵的价格，要么将捕食者收获至灭绝并最大化食饵的渐近收获量，要么不收获食饵并最大化捕食者的渐近收获量.如果系统是竞争性的，在某些情况下，最优的做法是使一个物种灭绝，并收获另一个物种。在其他情况下，最好让两个物种共存，并在保持共存的同时收获两个物种。在竞争Ricker模型的设置，我们表明，如果一个竞争者是占主导地位的，并推动其他物种灭绝，优势种〈动〉的收获可以导致共存。
2019-11-19 math.OC math.PR 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
Frequency Locking to Environmental Forcing Suppresses Oscillatory Extinction in Phage-Bacteria Interactions
Lanzhou University（兰州大学）
研究噬菌体-细菌相互作用，用最小常微分方程框架，发现环境波动可通过共振抑制振荡促进共存，低细菌生长速率在高感染压力下利于存活，为预测微生物对环境压力反应提供框架。
2026-07-14 nlin.CD physics.bio-ph q-bio.PE
Generalized Lotka-Volterra Systems with Time Correlated Stochastic Interactions
本研究利用广义 Lotka-Volterra 模型分析物种间相互作用强度时间波动的随机动力学，开发了适用于退火有色噪声的动力学平均场理论，发现时间依赖的相互作用可建模为环境噪声，其解析预测与经验观察吻合，且环境噪声有利于物种共存并克服复杂性-稳定性悖论。
2024-04-23 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Reconciling cooperation, biodiversity and stability in complex ecological communities
经验观察表明，生态群落可以有大量的共存物种，也有很少或有限数量的资源。这些生态系统的特点是多种类型的相互作用，特别是表现出合作行为。然而，基于Lotka-Volterra方程的种群动力学的标准模型预测，生态系统的稳定性应该随着群落中物种数量的增加而降低，并且合作系统比仅具有竞争和/或剥削相互作用的群落更不稳定。在这里，我们提出了一个随机模型的种群动力学，其中包括剥削的相互作用，以及合作的相互作用引起的交叉喂养。通过对模型的精确求解，得到了相应的宏观生态格局，如物种多度分布和相关函数。在大的系统规模限制下，任何数量的物种都可以共存于一个非常普遍的相互作用网络，并且稳定性随着物种数量的增加而增加。对于纯粹的互惠/互利的相互作用，我们确定的拓扑性质的网络，保证物种共存。我们还表明，定态是全球稳定的，推断物种之间的相互作用，通过物种丰度的相关性分析可能会产生误导。因此，我们的理论方法表明，适当的合作模式自然会导致解决长期存在的问题的复杂性-稳定性悖论和高度生物多样性的社区如何共存。
2018-05-16 physics.bio-ph q-bio.PE
Coexistence in an inhomogeneous environment
我们研究了两个物种之间的竞争，除了分散率的凯斯勒和桑德模型的二维扩展。在这类模型中，由于倾向于离开有利的位置，繁殖率的空间不均匀性引起了隐含的扩散成本。然后，在汉密尔顿-梅模型与其明确的扩散成本，扩散的情况下，扩散在限制波动的有益作用之间的权衡，导致一个优势的扩散率超过另一个，并最终灭绝的弱势物种。在两个方面，我们发现，虽然竞争导致消除一个物种在高和低人口密度，在中间密度的两个物种可以基本上无限期地共存。这是一个新的现象，既不存在于Kessler-Sander模型的一维形式中，也不存在于完全连通的Hamilton-May模型中，并指出了几何在扩散问题中的重要性。
2013-01-23 q-bio.PE
Emergence of ecological structure and species rarity from fluctuating metabolic strategies
本研究通过随机消费者-资源模型解析了代谢策略波动对物种共存的影响，发现波动促进高多样性和稀有性分布，且多样性在物种-资源比率及波动幅度的中间值达到峰值。
2025-08-05 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Spatial patterns and biodiversity in rock-paper-scissors models with regional unevenness
本文研究区域选择能力不均的空间石头-剪刀-布模型，揭示平滑与突变过渡对弱势物种主导、空间波及生物多样性丧失的不同影响。
2023-05-15 nlin.AO nlin.PS physics.bio-ph
Reconciling cooperation, biodiversity and stability in complex ecological communities
经验观察表明，生态群落可以有大量的共存物种，也有很少或有限数量的资源。这些生态系统的特点是多种类型的相互作用，特别是表现出合作行为。然而，基于Lotka-Volterra方程的种群动力学的标准模型预测，生态系统的稳定性应该随着群落中物种数量的增加而降低，并且合作系统比仅具有竞争和/或剥削相互作用的群落更不稳定。在这里，我们提出了一个随机模型的种群动力学，其中包括剥削的相互作用，以及合作的相互作用引起的交叉喂养。通过对模型的精确求解，得到了相应的宏观生态格局，如物种多度分布和相关函数。在大的系统规模限制下，任何数量的物种都可以共存于一个非常普遍的相互作用网络，并且稳定性随着物种数量的增加而增加。对于纯粹的互惠/互利的相互作用，我们确定的拓扑性质的网络，保证物种共存。我们还表明，定态是全球稳定的，推断物种之间的相互作用，通过物种丰度的相关性分析可能会产生误导。因此，我们的理论方法表明，适当的合作模式自然会导致解决长期存在的问题的复杂性-稳定性悖论和高度生物多样性的社区如何共存。
2018-05-17 math.PR 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
