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
Sequential reduction for discrete latent variables in ecological and evolutionary models using RTMB
Cahill Analytics;Technical University of Denmark(丹麦技术大学);Alaska Fisheries Science Center, National Marine Fisheries Service(阿拉斯加渔业科学中心,国家海洋渔业服务局)
本文提出RTMB包中的序贯约简方法,结合自动微分和拉普拉斯近似高效拟合含离散和连续潜变量的混合模型,并展示其在生态和系统发育应用中的速度与灵活性。
2026-09-15 q-bio.PE stat.ME
Innate behavioural mechanisms and defensive traits in ecological models of predator-prey types
本文构建了具有诱导型防御的捕食者-猎物模型,并扩展至含扩散和taxis的时空模型,揭示了防御水平、干扰率、处理率及初始种群对系统稳定性、双稳态和斑图形成的影响。
2025-01-03 q-bio.PE
How network temporal dynamics shape a mutualistic system with invasive species?
生态网络使我们能够研究生态系统的结构和功能,并深入了解物种的恢复力/稳定性。对这种生态网络的研究通常是集中在有限的特定空间和时间范围内的快照,阻碍了我们感知生态过程的真实动态。根据定义,外来物种具有一些生态策略和特征,使其能够比本地物种更好地竞争(例如没有捕食者,不同的开花期,高生长率等)。植物-传粉者网络为整个生态系统提供了宝贵的服务,外来物种的引入可能对本地网络产生不同的影响(竞争促进、本地物种灭绝等)。虽然科学家们承认网络连接在推动生态系统服务方面的重要性,但将临时网络纳入生态模型仍处于起步阶段。我们建议使用现有的季节性数据来开发一个模拟平台,显示网络的时间性和入侵特征之间的推理。我们的重点只是拿起一些简单的模型来表明,理论上的时间方面发挥作用(不同的灭绝模式),鼓励生态学家参与时间网络。此外,衍生的模拟可以进一步扩展和调整到其他生态问题。
2014-07-16 cs.MA math.DS nlin.AO
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
Effects of phylogeny on coexistence in model communities
本文将系统发育树上的性状进化模型与 Lotka–Volterra 群落动态耦合,定量刻画性状数量、树拓扑和物种库大小如何通过性状影响物种共存。
2024-10-12 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Stochastic niche-based models for the evolution of species
本研究扩展了Price的适应性辐射模型,通过增加生态位维度并引入物种灭绝与生态位移除机制,利用连续时间随机过程生成系统发育树,并借助多种统计量评估其现实性。
2023-09-06 math.PR 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
Bioenergetics modelling to analyse and predict the joint effects of multiple stressors: Meta-analysis and model corroboration
了解多种压力源(包括人造化学品的压力)综合影响的后果对于保护管理、化学品的生态风险评估和许多其他生态应用非常重要。我们目前预测和分析多种压力因素的联合影响的能力不足以使化学品的前瞻性风险评估更具生态相关性,因为我们缺乏对生物体如何单独和综合应对压力因素的充分了解。在这里,我们描述了一个动态能量预算(DEB)为基础的生物能量学模型,预测潜在的影响,单一或多种自然和化学应激对生活史〈动〉性状。我们证明了该模型的可行性,使用128个现有的研究淡水无脊椎动物的荟萃分析。然后,我们验证我们的模型,通过比较其预测的组合的三个压力(即化学,温度和食物的可用性)与新的,独立的实验数据的生活史〈动〉特征的daphnid Ceriodaphnia dubia。我们发现,模型的预测与观察到的生长曲线和繁殖性状一致。据我们所知,这是第一次在实验室研究中观察到的三个压力因素对生活史〈动〉<动>的综合影响在无脊椎动物中被成功预测。我们建议,重新分析现有的研究在这里概述的建模框架内的多种压力源将提供一个强大的空模型识别压力源的相互作用,并期望更好地了解潜在的机制将产生这些新的分析。生物能量学模型可以更广泛地应用于支持环境管理决策。
2021-02-25 q-bio.PE stat.AP
Inference of ecological interaction networks
从观测数据推断生态系统中生物之间的相互作用是生态学中的一个重要问题。本文提出了一种数学推理方法,最初是为分子生物学中生化网络的推理而开发的,适用于生态相互作用网络的推理。该方法适用于网络的无脊椎动物的家庭(类群)在稻田。
2008-05-09 q-bio.PE
Robust permanence for ecological equations with internal and external feedbacks
物种既经历与性状进化等内源性因素的内部反馈,又经历与天气等外源性因素的外部反馈。这些反馈可以在确定种群是否持续存在或物种群落是否共存方面发挥重要作用。为了提供一个一般的数学框架,研究这些影响,我们开发了一个定理的共存生态模型占内部和外部反馈。具体而言,我们使用平均李雅普诺夫函数和莫尔斯分解,以发展强大的持久性,一种形式的共存强大的人口密度和小的结构扰动的模型的大扰动的充分和必要条件。我们说明了我们的研究结果可以应用于验证持久性的非自治模型,结构化的人口模型,包括那些与频率相关的反馈,生态演化动力学模型。在这些应用中,我们讨论了我们的结果与以前的结果与特定类型的反馈模型。
2016-12-20 q-bio.PE
Dynamic trait distribution as a source for shifts in interaction strength and population density
本研究通过捕食者-猎物模型探讨种内性状分布动态如何改变物种相互作用,揭示健康群体效应等不寻常后果。
2023-10-11 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
The genetic and developmental enigma of rhizomes: crucial traits with limited understanding
Yale University(耶鲁大学)
研究揭示 rhizomes 的遗传和发育调控机制,强调植物激素的作用及多基因控制,提出 Mimulus 作为研究模型,推动 rhizome 发展的多组学整合方法。
2026-01-15 q-bio.PE
Causes and consequences of dispersal in biodiverse spatially structured systems: what is old and what is new?
本文探讨单物种扩散进化理论在生物多样性空间结构化系统中的适用性,提出性状维度增加和协同扩散会调节扩散进化,并推测其可能导致进化更慢且更弥散。
2023-11-30 q-bio.PE
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
The sexy and formidable male body: men's height and weight are condition-dependent, sexually selected traits
本研究基于进化理论,通过跨国和跨代数据测试发现,随着生活条件改善,男性身高和体重的增长幅度超过女性两倍,从而增加性别二态性,揭示了社会生态因素与性选择对男性身体特征的塑造作用。
2025-03-30 math.HO q-bio.PE
A symmetry-based approach to species-rich ecological communities
本文提出基于相互作用旋转对称性的生态动力学分析框架,无需指定随机系综,以相互作用矩阵谱为自由参数统一并扩展不同模型,并揭示物种灭绝对动力学普适性的增强作用。
2025-03-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A theory of ecological invasions and its implications for eco-evolutionary dynamics
针对生态反馈导致物种入侵结果难预测的问题,提出适用于多类模型的通用生态入侵理论,推导解析表达式并引入“修饰入侵适合度”,验证了突变体-亲本共存现象,为生态进化动力学提供理论支撑。
2025-08-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fast fitting of neural ordinary differential equations by Bayesian neural gradient matching to infer ecological interactions from time series data
1.推断生态相互作用是困难的,因为我们往往缺乏合适的参数表示来描绘它们。神经常微分方程(NODE)提供了一种从时间序列数据非参数估计相互作用的方法。然而,节点拟合速度很慢,推断的交互作用并不真实。2.我们提供了一个快速的节点拟合方法,贝叶斯神经梯度匹配(BNGM),它依赖于内插时间序列与神经网络,并拟合节点与贝叶斯正则化的内插动态。我们测试的准确性的方法推断生态相互作用的时间序列产生的ODE模型与已知的相互作用。我们还推断实验复制的时间序列的一个缩影,具有藻类,鞭毛虫,轮虫种群,以及在野兔和猞猁系统的相互作用。3.我们的BNGM方法使我们能够将NODE系统的拟合时间缩短到几秒钟。该方法提供了准确的估计,在人工系统中的生态相互作用,线性和非线性真实的相互作用估计误差最小。在真实系统中,动态是由线性和非线性生态相互作用的混合驱动的,其中只有最强的相互作用在复制过程中是一致的。4.总体而言,NODE减轻了对相互作用的机械理解的需要,BNGM减轻了沉重的计算成本。这是一个关键的步骤,有助于快速NODE拟合,交叉验证和不确定性量化,以及比参数模型更客观的交互估计和复杂的上下文依赖性。
2022-09-13 q-bio.PE
Heterogeneity of Interaction Strengths and Its Consequences on Ecological Systems
生态系统是由物种网络及其相互作用形成的。这种相互作用的传统模型假设一对给定物种之间的相互作用强度恒定。然而,即使在同一物种内,个体生物之间也往往存在显着的性状变异,这导致了它们与其他物种相互作用强度的异质性。这种异质相互作用对生态系统的影响尚未得到系统的研究。作为一种理论探索,我们分析了一个简单的生态系统与两个捕食者和一个共享的猎物之间的营养相互作用,这将表现出竞争排斥模型与均匀的相互作用。我们考虑几种情况下,个体的猎物物种分化成不同的相互作用强度的亚群。我们表明,在所有这些情况下,无论异质性是固有的,可逆的,或适应性,生态系统可以稳定在一个新的平衡,所有三个物种共存。此外,与其捕食者具有异质性相互作用的猎物种群达到比没有异质性时更高的密度,甚至可以在两个捕食者存在时达到比只有一个捕食者更高的密度。我们的研究结果表明,异质性可能是一个自然选择的生态相互作用,生态系统的稳定性和多样性的重要后果的功能。
2022-04-29 q-bio.PE
Model Inadequacy and Mistaken Inferences of Trait-Dependent Speciation
物种丰富度在整个生命树中变化很大,人们对确定影响物种增殖率的生态,地理和其他因素有很大的兴趣。最近的方法明确建模的字符状态,物种形成率和灭绝率之间的关系,系统发育树- BiSSE,GISSSE,GeoSSE,和相关的模型-已被广泛用于测试假设的字符状态依赖的多样化率。在这里,我们记录了令人不安的容易与中性性状推断有统计学显着的协会与物种形成率。我们首先证明了一个已知的模型假设违反这种不幸的影响:物种形成率的变化与不包括在模型中的字符。我们进一步表明,对于许多经验性的不确定性,在没有状态依赖多样化的情况下模拟的字符表现出更高的I型错误率,这表明该方法容易受到额外的,未知的模型不足。对于进化缓慢的特征,根本原因似乎是一个统计框架,不需要重复的性格状态和多样化的变化。然而,虚假的字符状态和物种形成率之间的关联出现,即使是缺乏系统发育信号的性状,这表明系统发育的伪复制本身不能完全解释这个问题。这一现象的严重程度令人惊讶,这表明文献中报道的许多特质多样化关系可能并不真实。更一般地说,我们强调需要诊断和理解的后果,模型不足的系统发育比较方法。
2014-12-22 q-bio.PE
Competition, Trait Variance Dynamics, and the Evolution of a Species' Range
物种群落的地理范围在环境、生态和进化力量的作用下进化。了解这些力对物种范围动态的影响是空间生态学的一个主要目标。以往的数学模型都是在环境梯度的作用下,将物种种群分布的动态变化和与适应度相关的表型性状的选择性进化结合起来研究的。这些模型不可避免地包括一些不切实际的假设,并且生物学上合理的参数值范围不容易指定。因此,这种类型的种子模型的模拟可以导致显着不同的结论,这些人口的行为,包括适应不良设置稳定的范围边界的可能性。在这里,我们协调这样的结果,开发和模拟一个连续体模型的范围内的进化在一个社区的物种,相互竞争,同时扩散的环境梯度。我们的模型扩展了现有的模型,将竞争和自由变化的种内性状方差。该模型的模拟预测物种的性状方差的空间分布与文献中的实验测量结果一致。此外,他们重申种间竞争作为一个有效的因素,在限制物种的范围,即使性状变异不受人为限制。这些理论结果可以通知设计,但罕见的,实证研究,以澄清范围稳定的进化原因。
2021-11-25 math.AP q-bio.PE
Multiple-line inference of selection on quantitative traits
物种之间的性状差异可能归因于自然选择。然而,量化选择作用于特定性状的证据的强度是一项艰巨的任务。在这里,我们开发了一个群体遗传测试的选择作用于数量性状的基础上,多系杂交。我们发现,使用多条线增加了选择推理的能力和范围。首先,一个测试的基础上,三个或更多的线检测选择强烈增加的统计意义,我们明确显示如何测试的灵敏度取决于行数。其次,多行测试允许区分不同的血统特定的选择场景。我们的分析结果得到了广泛的数值模拟的补充。然后,我们应用多线测试的QTL数据的花的性状性状在植物物种的Mimulus属和光周期性状在不同的玉米品系,在那里我们发现了一个签名的血统特异性选择没有看到一个双线测试。
2015-07-06 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
Scarce Data, Noisy Inferences, and Overfitting: The Hidden Flaws in Ecological Dynamics Modelling
针对 gLV 等生态模型在有限含噪宏基因组数据上的失效问题,研究结合 Bayesian 推断与信息论模型约简揭示过拟合和不可解释性,并主张转向基于参数分布的统计力学建模。
2025-10-04 physics.bio-ph q-bio.PE
Adapting cluster graphs for inference of continuous trait evolution on phylogenetic networks
Departments of Statistics and Botany, University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校统计学与植物学系)
本文提出利用非树状聚类图优化高斯性状进化模型的因子化能量近似,探讨最大聚类大小对估计精度与运行时间的权衡影响,并证明同质布朗运动模型的参数估计等价性。
2025-12-19 q-bio.PE stat.CO
Inferring birth versus death dynamics for ecological interactions in stochastic heterogeneous populations
本文针对随机异质群体提出一种基于种群规模时间序列的推断方法,用于区分出生与死亡动态中的生态相互作用类型,并利用随机波动估计确定性模型中不可识别的额外参数。
2025-06-03 math.PR q-bio.PE
Molecular insights into Neotropical bird-tick ecological associations and the role of birds in tick-borne disease ecology
蜱是新出现的人畜共患病的重要媒介。虽然许多蜱虫物种的成虫寄生在哺乳动物身上,但未成熟的蜱虫通常在野鸟身上发现。在热带地区,在物种水平上识别未成熟蜱的困难阻碍了蜱生态学和蜱传疾病传播的研究,包括鸟类的任何潜在作用。在巴拿马,我们在3,498只鸟类中的227只身上发现了未成熟的蜱虫,代表93种宿主物种,约占整个巴拿马陆地鸟类的1/8。蜱的寄生率不随温度或降雨量而变化,但寄生率随宿主生态特征而变化:非迁徙居民,森林栖息鸟类,树皮食虫动物,陆地觅食动物和低地物种最有可能被蜱虫侵染。使用专门为这项研究从成年蜱开发的分子文库,我们确定了130个未成熟的蜱从野生鸟类,对应于11个蜱种,表明巴拿马鸟类的相当大一部分是寄生在各种蜱种。此外,我们发现证据表明未成熟蜱虫对鸟类宿主表现出分类或生态特异性。最后,我们的数据表明,巴拿马鸟类不定期寄生的蜱虫物种负责大多数已知的蜱传疾病。然而,它们是其他已知携带各种致病性未知的立克次体寄生虫的蜱种的常见宿主。由于蜱虫和鸟类生物多样性之间的广泛的相互作用,在新热带地区,未来的工作对新兴的热带蜱传疾病应明确考虑野生鸟类作为脊椎动物宿主。
2014-11-24 q-bio.PE
Inferring Long-term Dynamics of Ecological Communities Using Combinatorics
本文提出组合学框架WENDyS,利用物种间相互作用强度和增长率数据预测生态群落所有可能的长期动态结果,并通过印尼珊瑚礁案例验证其应用价值。
2023-09-01 math.CO math.DS q-bio.PE
Rethinking Ecological Measures Of Functional Diversity
本文综述了功能多样性测度文献,评估15种常用指标,发现它们均无法满足所有既定标准且在部分场景失效,指出亟需开发更准确反映生态现实的新一代指标。
2025-07-15 q-bio.PE
Quantifying Avian Morphological Evolution through Deep Representation Learning
Division of Ecology and Evolutionary Biology, School of Biological Science, University of Reading(阅读大学生物学科学学院生态与进化生物学系);CAS Key Laboratory of Plant Germplasm Enhancement and Specialty Agriculture, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences(中国科学院植物基因组改良与特色农业重点实验室、武汉植物园)
本研究利用深度学习分析鸟类形态进化,揭示形态差异与物种丰富度的关系,并展示模型能克服纹理偏见,学习整体形状表示。
2026-07-21 cs.CV q-bio.PE q-bio.QM
Rejuvenating functional responses with renewal theory
功能反应是生态学中描述个体间相互作用和资源交换的重要手段。功能反应的形式极大地影响着种群和群落的动态和稳定性。尽管它们的重要性,功能性反应通常被认为是一种现象学的方法,没有明确的机制的理由,从个人特征和行为。在这里,我们开发了一个自下而上的随机框架,以更新理论为基础,展示了如何通过将交互分解为不同的活动,从个人层面上产生功能反应。我们的框架有许多应用的概念,理论和经验的目的。首先,我们展示了如何获得明确的生态假设,例如觅食行为的经典功能反应的均值和方差。第二,我们给出了具体的生态环境中的例子,如在婚礼喂养的物种或大小依赖处理时间。最后,我们展示了如何用我们的框架分析数据,特别强调了观察到的相互作用数量的变化可以用来推断参数和比较功能反应模型。
2018-08-15 q-bio.PE
The Ornstein-Uhlenbeck process with migration: evolution with interactions
Ornstein-Uhlenbeck(Ornstein-Uhlenbeck)过程在分析表型性状沿单基因的进化中起着重要作用。标准的进化过程包括漂移和稳定选择,并假设物种独立进化。然而,特别是在植物中,有充分的证据表明在进化过程中存在杂交和基因渗入。在这项工作中,我们提出了一个统计方法与分析解决方案,允许在一个共同的系统发育框架中的适应和迁移。此外,我们提出了一个详细的模拟研究,清楚地表明忽略迁移的不利影响。物种间的相似性,由于迁移可能会被误解为非常强的趋同进化没有适当的纠正这些额外的依赖性。我们的模型也可以用于研究同一物种内种群之间的局部适应。最后,我们表明,我们的模型可以解释在物种之间的生态相互作用,提供了一个一般的框架之间的“相互作用”的物种或种群的性状的进化。
2016-07-27 math.PR q-bio.PE stat.AP
Evolutionary food web model based on body masses gives realistic networks with permanent species turnover
生态系统中的捕食者-被捕食者相互作用网络是非常复杂的,但就整个系统的长期持续性而言,却令人惊讶地稳定。为了理解这种食物网的复杂性和稳定性的驱动机制,我们开发了一个生态进化模型,其中新种〈动〉<动>作为现有物种的修改而出现,动态的生态相互作用决定了哪些物种是可行的。因此,食物网的结构是从物种形成和营养相互作用之间的动态相互作用中产生的。所提出的模型是抽象的比早期的进化食物网〈动〉<动>模型在这个意义上,所有三个进化性状有一个明确的生物学意义,即平均体重的个人,首选的猎物体重,和他们的潜在猎物体重谱的宽度。我们观察到的网络具有广泛的大小和结构,与自然食物网高度相似。模型网络表现出连续的物种更替,但没有观察到大规模的灭绝波,影响超过$50 \%$的网络。
2015-04-17 q-bio.PE
Food web framework for size-structured populations
我们综合传统的非结构化食物网,异速生长的身体大小缩放,基于特征的建模,生理结构化建模,提供一个新的和生态相关的工具大小结构化的食物网。该框架允许食物网〈动〉<动>模型,包括个体发育生长和生活史杂食动物在个人水平上解决每个物种的人口结构作为一个大小谱。每个物种的特征是“成熟时的大小”,所有模型参数都是通过与个体大小和成熟时的大小进行缩放而使物种独立的。参数值是确定从跨物种分析的鱼类群落的生活史杂食性是广泛的水生系统,但可能会reparameterised为其他系统。一个合奏的食物网的产生和由此产生的社区进行了分析,在四个层次的组织:社区水平,物种水平,性状水平和个人水平。该模型可以通过假设社区频谱遵循幂律来解析地求解。该解析解提供了一个复杂食物网〈动〉<动>模拟结果的基线预期,并同意与1)生物量分布作为个体大小的函数,2)生物量分布作为成熟时大小的函数,和3)捕食者-猎物之间的关系?完整的模型还预测了多样性分布作为成熟时大小的函数。
2010-12-06 q-bio.PE
Measuring frequency-dependent selection in culture
文化特征,如词语、名称、装饰风格和技术标准,往往具有任意的价值,并被认为是中性的。但中性进化无法解释为什么有些特征在流行周期中来来去去,而另一些特征却根深蒂固。在这里,我们研究频率依赖选择(FDS)-其中一个特征的倾向被复制取决于其当前的频率,而不管特征值本身。我们开发了一种最大似然方法来推断FDS的精确形式的性状丰度的时间序列,我们应用该方法的数据在上个世纪的婴儿的名字和宠物狗的品种。我们发现,最常见的名字平均每年下降2%-6%;而罕见的名字-每10,000个新生儿中有1个-每年增加1%-3%。尽管文化、语言和人口结构存在差异,但这种特定形式的负FDS解释了多样性模式,并在美国、法国、挪威和荷兰复制。我们推断,男性和女性的名字,这意味着不同的创新率之间的固定健身偏移。我们还发现一个强大的选择优势,圣经的名字在每个频率类,这解释了他们的优势,最常见的名字。在纯种犬的登记中,我们推断出一种负FDS形式,这与对新奇事物的偏好是一致的,每年最新的品种比前一个品种增长约1%/年,这也概括了狗爱好者的繁荣-萧条周期。最后,我们定义了有效的频率依赖性选择的概念,这使得一个有意义的解释推断FDS,即使是复杂的进化机制。我们的分析概括了中性的进化,将整合和反整合的压力作为社会进化的基本力量,我们的推理过程提供了一个定量的说明,这些力量如何在文化内部和跨文化运作。
2021-03-31 q-bio.PE
Higher-order interactions in ecology can be hidden in plain sight
University of Oxford(牛津大学);Doñana Biological Station (EBD-CSIC)(多尼亚纳生物站(CSIC下属));University of Zaragoza(萨拉戈萨大学);Institute of Biocomputation and Physics of Complex Systems (BIFI), University of Zaragoza(萨拉戈萨大学复杂系统生物计算与物理研究所);Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems (IFISC), CSIC-UIB(跨学科物理与复杂系统研究所(CSIC-UIB));Centro Studi e Ricerche “Enrico Fermi
研究指出高阶Lotka-Volterra动态可通过拟合相同种群时间序列的双变量模型准确再现,表明仅靠时间序列数据无法一般性推断高阶相互作用,需结合其他生态信息以可靠推断相互作用结构。
2026-05-07 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
From Ecological Connectivity to Outbreak Risk: A Heterogeneous Graph Network for Epidemiological Reasoning under Sparse Spatiotemporal Data
University of New South Wales(新南威尔士大学);Arizona State University(亚利桑那州立大学);Emory University(埃默里大学)
本文提出zooNet框架,通过整合机制性传播模拟和时空图学习,从稀疏时空数据中推断野生动物爆发风险与生态连通性。
2026-01-08 cs.SI q-bio.PE
Habitat fragmentation promotes spatial scale separation under resource competition
本文通过种内竞争与非线性随机游走模型,揭示了栖息地破碎化网络中竞争性状差异导致优势个体聚集于枢纽斑块、弱势个体被排挤至边缘的空间分离机制,并指出该模式可能促进物种形成。
2025-11-06 nlin.AO physics.soc-ph q-bio.PE