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
Competition-induced increase of species abundance in mutualistic networks
开花植物的养分由其传粉者分享，从而引起传粉者之间的竞争。传粉者的这种剥削性竞争会限制它们的丰度，并影响植物-传粉者互惠群落中互惠伙伴关系的全球组织。在这里，我们调查的传粉者之间的剥削竞争的结构和物种丰富度的互惠网络，通过改变互惠的伙伴关系向更高的物种丰富度的演变的影响。模拟结果表明，植物和动物之间不同的新兴网络特征，枢纽植物连接到许多传粉者是非常罕见的，而一些超级枢纽传粉者出现的剥削竞争，包括在内，在没有剥削竞争的两种类型的同样多的枢纽。更有趣的是，植物物种的丰富度随着开发竞争强度的增加而增加。我们分析了弱相互作用极限下广义相互作用矩阵的逆，以确定与物种丰度相关的主导结构因素，这些因素有助于优化网络结构，以增加互利效益，降低剥削竞争的成本。
2019-03-31 physics.soc-ph q-bio.PE
Multiple peaks of species abundance distributions induced by sparse interactions
我们研究的复制动力学与“稀疏”对称的相互作用，代表专家专家的相互作用在生态社区。通过考虑一个大的自相互作用$u$，我们进行了微扰的扩展，这表明相互作用的性质对物种丰度分布有直接的影响。中心结果是所有物种在模型参数的实际范围内共存，并且相互作用的某种离散性质导致物种丰度分布中出现多个峰，从而提供了从理论上解释在各种现场研究中观察到的多个峰的可能性。为了获得更多的定量信息，我们还构建了一个非微扰理论，它成为精确的树状网络，如果所有的物种共存，提供确切的临界值的$u$以下灭绝的物种出现。在各种不同的情况下进行了数值模拟，他们澄清了所有物种共存和多峰的物种丰度分布所提出的机制的鲁棒性。
2016-05-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Trends in bird abundance differ among protected forests but not bird guilds
改善监测和相关的推理工具，以有效地识别下降的鸟类种群，特别是稀有或稀疏分布的物种，是在大的时空区域知情的保护和管理的关键。我们使用一种新的层次模型评估了2006-2019年美国东北部8个国家公园森林网络中106种鸟类的丰度趋势。我们开发了一个多物种，多区域的移除采样模型，该模型在物种和公园之间共享信息，以推断稀有物种和稀疏采样的公园，并评估当地森林结构的影响。随着时间的推移，鸟类丰度的趋势在公园之间差异很大，但公园内的物种表现出相似的趋势。三个公园（Escherdia，Marsh-Billings-Rockefeller和Morristown）所有物种的鸟类丰度都有所下降，而三个公园（Saratoga，Roosevelt-Vanderbilt和Weir-Farm）则有所增加。鸟类丰度在中等水平的断面积和高水平的百分比森林和森林再生，与百分比森林有最大的影响。这些影响在公园之间的变化可能是森林结构阶段和多样性差异的结果。我们的新的层次模型，使丰富的网络，公园，行会和物种水平的估计。我们发现，在丰富的趋势在公园之间的变化很大，但不是在鸟类公会，这表明当地的森林条件可能有一个广泛的和一致的影响，在一个给定的公园内的整个鸟类群落。管理层应针对鸟类丰度总体呈下降趋势的三个公园，进一步确定哪些具体因素导致了整个鸟类群落的下降。了解鸟类群落如何对当地森林结构和其他压力源作出反应，对于明智和持久的…
2021-05-06 q-bio.PE
The general theory of species abundance distributions
今天生态学的一个中心问题是决定自然群落中物种相对丰富度的因素。将统计物理学的原理适当地应用于物种丰度分布（SAD）问题，使我们能够确定对所观察到的近乎普遍的特征负责的基本生态学原理。这些原则是（i）限制生态行会中的个人数量和（ii）人均出生率和死亡率。因此，我们统一了Hubbell [1]的中性学说〈动〉<动>、Volkov等人[2，3]的主方程方法和最近尝试部署统计力学来处理这个问题的Pueyo等人[4]的特殊[极端小生境]理论;我们在[4]中确定了先验的真正起源。我们还发现，在我们的研究结果清楚地表明，生态位必须是非常灵活的，各种规模的时间波动是相当重要的社区结构。
2011-05-09 q-bio.PE
A Stochastic Model for the Species Abundance Problem in an Ecological Community
我们提出了一个模型的基础上耦合乘法随机过程来了解竞争物种在生态系统中的动态。这个过程可以用福克-普朗克方程来描述。给出了边际平稳分布的解析表达式。我们的解决方案被发现在很好的协议与数值模拟和比较，而从热带森林的观测数据。
2004-03-04 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
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
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
Predicting the species abundance distribution using a model food web
已经提出了大量的物种多度分布（SAD）模型，其中许多模型与对数正态分布相似，在描述给定的数据集时，它们通常无法与对数正态分布区分开来。生态数据集必然是生态系统的不完整样本，受到统计噪音的影响，并且不能容易地结合起来以产生更接近基本分布的近似值。在本文中，我们使用从生态系统模型中获得的经验数据，详细研究预测SAD，解决功能，可以区分模型，但在现场数据中看到的不好。我们发现，幂律正态分布优于对数正态分布和logit正态分布，并且数据可以在高人口截止值下改善。
2008-05-01 q-bio.PE
Age-abundance relationships for neutral communities
中性模型的竞争物种系统的动力学，现在，用来描述各种各样的经验社区。这些模型用于许多情况，从群体遗传学和生态生物多样性到宏观进化和癌症肿瘤。在这一框架内讨论的主要问题之一是物种丰度与其年龄之间的关系。在这里，我们提供了一个全面的分析年龄-丰度关系的固定规模和不断增长的社区。给出了具有丰度$n$的物种的平均年龄和最可能年龄的显式公式以及全概率分布函数。我们进一步讨论了这些结果的普遍性及其对热带森林群落的适用性。
2015-05-26 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
Measurement scale in maximum entropy models of species abundance
物种多度在不同群落中分布的一致性引起了广泛的关注。在本文中，我认为，模式的一致性出现，因为不同的生态机制共享一个共同的对称性方面的测量尺度。所谓对称性，我的意思是不同的生态过程在各种扰动的聚集中保留了相同的信息度量，而失去了所有其他信息。我把这些关于对称性、测量和聚集的解释，用最近发展起来的最大熵理论的扩展来说明。我表明，自然测量尺度的物种多度分布是对数线性的：在小人口规模的观测信息的尺度，随着人口规模的增加，缩放的信息等级从对数线性。这种对数线性比例自然导致物种丰度的伽马分布，这与观察到的模式很好地匹配。样品之间的大部分变化可以用测量尺度从对数级到线性级的幅度来解释。这种测量方法可以应用于群体遗传学中等位基因多样性的类似问题，以及生物学中的各种其他模式。
2010-11-24 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Chaotic turnover of rare and abundant species in a strongly interacting model community
本文通过具有弱迁入和强无序竞争相互作用的Lotka-Volterra模型，揭示物种丰富群落中稀有与优势物种的混沌更替机制，并提出焦点物种模型解释间歇性兴衰动力学及幂律丰度衰减模式。
2024-11-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Habitat Fluctuations Drive Species Covariation in the Human Microbiota
两个具有相似资源需求的物种以一种特有的方式对它们栖息地的变化作出反应-它们的丰度一致地上升和下降。我们利用这一想法来了解微生物群中的细菌种群如何对人类人群中因人而异的栖息地条件做出反应。我们的数学框架表明，栖息地波动足以解释人体微生物组项目中相对物种丰度的体内相关性。我们明确地表明，相对丰度的遗传相关的物种是正相关的，可以预测的分类关系。我们确定了一小部分与细胞壁代谢和维持相关的功能途径，这些途径构成了人类微生物群共同资源共享生态位空间的基础。
2015-10-01 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
Tree-based Inference of Species Interaction Network from Abundance Data
生态系统的行为主要依赖于它所涉及的物种之间的相互作用。我们考虑从丰度数据推断物种相互作用网络的问题。为了相关，任何网络推理方法都需要处理计数数据并考虑可能的环境影响。它还需要区分直接交互和间接关联，图形模型为此提供了一个方便的框架。我们介绍了一个通用的统计模型的网络推理的基础上丰富的数据。该模型包括用于解释环境协变量和采样努力的固定效应，以及用于编码物种相互作用的相关随机效应。通过以计算高效的方式对所有可能的树形（因此是稀疏的）网络进行平均来获得推断的网络。该过程的输出是每条边成为底层网络的一部分的概率。仿真研究表明，所提出的方法相比，以及与国家的最先进的方法，即使底层图强烈不同于树。两个数据集的分析突出了协变量对推断网络的影响。考虑协变量对于避免伪边缘至关重要。所提出的方法可以扩展到执行网络比较或寻找丢失的物种。
2019-10-28 q-bio.PE stat.AP
Self-organized biodiversity and species abundance distribution patterns in ecosystems with higher-order interactions
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
Fluctuating environments are sufficient to drive substantial variability in species abundance across locations
University College London（伦敦大学学院）
本文研究了波动环境如何驱动物种在不同地点的种群数量变异，通过分析迁移与波动强度的平衡，揭示了噪声诱导的双峰不平等现象及迁移率的进化优势。
2026-03-02 cond-mat.stat-mech 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
Identifying Keystone Species in the Human Gut Microbiome from Metagenomic Timeseries using Sparse Linear Regression
人类相关的微生物群落对人类健康和疾病有着巨大的影响。利用现代宏基因组测序方法，可以随着时间的推移跟踪社区中微生物的相对丰度。这些微生物群落表现出丰富的生态动态，微生物生态学的一个重要目标是从序列数据中推断物种之间的相互作用。任何推断物种相互作用的算法都必须克服三个障碍：1）两个物种的丰度之间的相关性并不意味着这些物种是相互作用的，2）对从宏基因组研究获得的相对丰度的总和约束使得难以推断时间序列模型中的参数，以及3）由于实验不确定性引起的误差，或将测序读段错误分配到操作分类单元中，物种相互作用的偏差推论。在这里，我们介绍了一种方法，学习互动从微时间序列（LIMITS），克服了这些障碍。LIMITS使用稀疏线性回归和Bootstrap聚合来推断微生物动力学的离散时间洛特卡-沃尔泰拉模型。我们在合成数据上测试了LIMITS，并表明它可以可靠地推断物种间生态相互作用的拓扑结构。然后，我们使用LIMITS来表征两个个体肠道微生物组中的物种相互作用，发现个体之间的相互作用网络存在显着差异。此外，我们发现这两个个体的相互作用网络由不同的“关键物种”，脆弱拟杆菌和拟杆菌粪病主导，它们对肠道微生物组的结构具有不成比例的影响，即使它们仅以中等丰度存在。根据我们的研究结果，我们假设某些关键物种的丰度可能是人类肠道微生物组中个体性的原因。
2014-02-03 q-bio.PE q-bio.QM
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
Species abundance distributions in neutral models with immigration or mutation and general lifetimes
我们考虑一个一般的，中立的，动态的生物多样性模型。个人有i.i.d.生命周期不一定呈指数分布，每个个体都以恒定的速率λ独立生育。我们假设类型是克隆遗传的。我们认为两类物种形成模型在这种情况下。在迁移模型中，一个完全新种<动>的新个体以恒定的速率μ单独进入种群（例如，从大陆到岛上）。在突变模型中，每个个体在其生殖系中独立地经历点突变，以恒定的速率θ。我们感兴趣的是物种丰度分布，即，在由k个个体代表的物种的数目中，k = 1，2，.，在移民模型中记为I_n（k），在突变模型中记为A_n（k），n，当总人口中有n个个体。在移民模型中，我们证明了k个个体在时间t所代表的物种数（I_t（k）; k \ge 1）是独立的Poisson变量，其参数为Fisher对数序列.当种群的总大小等于n时，这导致由Ewens抽样公式给出的物种多度分布。特别地，I_n（k）收敛为n \to \infty到具有平均值γ/k的泊松r.v.，其中γ：= μ/λ。在变异模型中，作为n \to \infty，我们得到了n ^{-1} A_n（k）几乎处处收敛于一个非随机显式常数.在临界线性生灭过程的情况下，这个常数由Fisher对数级数给出，即n ^{-1} A_n（k）收敛于α ^{k}/k，其中α：= λ/（λ + θ）.在这两个模型中，最丰富的物种的丰度进行了简要讨论。
2010-09-01 math.PR q-bio.PE
Sparse species interactions reproduce abundance correlation patterns in microbial communities
本文提出用稀疏 Lotka-Volterra 相互作用与贝叶斯推断建模微生物群落，使模型同时重现跨物种、跨群落的丰度相关性及单物种宏观生态模式。
2023-12-06 math.ST q-bio.PE q-bio.QM
Feasibility as a moving target: Fluctuating species interactions lead to universal power law in equilibrium abundances
University of Notre Dame（圣母大学）
研究发现物种相互作用的波动导致平衡丰度的普遍幂律分布，提出临界噪声模型并预测群落脆弱性。
2026-02-21 physics.bio-ph q-bio.PE
Consistent determination of stability regimes in natural ecological communities from abundance time series
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；CEAB-CSIC（西班牙国家研究委员会生态与生物多样性研究所）
本文提出一个统计框架，利用动力学平均场理论从丰度时间序列直接推断自然生态群落的稳定性状态，无需重建相互作用网络，并定量估计物种灭绝风险。
2026-09-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
An empirical evaluation of four variants of a universal species-area relationship
生态学最大熵理论（METE）预测了一种普遍的物种-面积关系（SAR），该关系可以仅使用单一空间尺度上的总丰度（N）和物种丰富度（S）来充分表征。该理论已显示出在SAR中表征尺度依赖性的前景。然而，目前有四种不同的方法来应用METE来预测SAR，由于缺乏经验评估，目前还不清楚应该使用哪种方法。具体而言，METE可以递归或非递归地应用，并且可以使用理论或观察到的物种丰度分布（SAD）。我们使用来自16个数据集的经验数据比较了四种不同的方法组合，这些数据集包含1000多个物种和30万棵树木和草药。一般来说，METE准确地缩小了SAR（R^2> 0.94），但递归方法始终低于预测的丰富度，METE的准确性并不强烈依赖于使用观察到的或预测的SAD。这表明，使用METE缩放多样性的最佳方法是使用非递归缩放和理论丰度分布的组合，它允许在一个单一的尺度上的物种丰富度和总丰度的知识，在广泛的空间尺度上进行预测。
2013-11-08 q-bio.PE q-bio.QM
Spatial patterns in the tropical forest reveal connections between negative feedback, aggregation and abundance
热带森林中树木的空间排列反映了聚集过程（如扩散限制）和负反馈（导致个体之间的有效排斥）之间的相互作用。监测的方差均值比同种个体沿长度尺度，我们发现，负反馈的影响是占主导地位的短尺度，而聚集的大规模模式的特点。令人惊讶的是，不同物种的比较表明，聚集和负反馈尺度都与物种的总体丰度有关。这表明了一种自下而上的控制机制，其中负反馈决定了扩散内核和总体丰度。
2014-11-09 q-bio.PE
Null expectations and null hypothesis testing for the species abundance distribution
从生态系统中取样的元素（N）和类型（S）的数量是对丰度、分布和多样性观测的最有力的限制。N和S一起确定可能形式的集合（即，物种丰度分布（SAD）。有三种方法来描述空SAD（=平均可行SAD）。第一种方法是基于满射的随机均匀抽样。在这种方法下，我计算了给定SAD的概率，给定N和S（等式2）。4）。第二种方法是基于成分的随机抽样。在这种方法下，我计算了给定SAD的概率，给定N和S（等式2）。8）。第三种方法是基于分区的随机均匀采样。我回顾了Locey & White（2013）开发的方法，并提供了一些对生态学家有用的渐近结果。一个可行集的中心是一个零期望，它应该偏离足够的替代模型之前调用的生物或生态机制的SAD。在这里，我将可行集方法与生态学中的典型推理框架（拟合优度，零假设检验，模型比较，零建模）相结合。我描述了如何执行数值模拟来描述期望下的不同方法的可行集。我开发的目标或健身功能，允许估计最有可能的SAD使用数值优化。我提供了工具来比较基于可行集方法的零期望与观察结果，在模型比较和零假设检验的背景下。
2021-03-04 q-bio.PE
A strong test of the Maximum Entropy Theory of Ecology
生态学最大熵理论（英语：Maximum Entropy Theory of Ecology，METE）是一种生物多样性的统一理论，它仅使用群落的物种丰富度、总丰度和总代谢率的信息来预测大量的宏观生态模式。我们以前所未有的规模同时评估了METE的四个主要预测，使用了来自全球60个森林群落的数据，包括超过30万个个体和近2000个物种。METE成功地捕获了96%和89%的物种丰度分布和个体大小分布的变化，但表现不佳时，表征个体大小的大小-密度关系和种内分布。具体而言，METE预测的大小和物种丰富度之间的负相关性，这是弱的自然群落。通过评估大量数据的多个预测，我们的研究不仅确定了METE中丰度和体型之间的不匹配，而且还证明了对生态理论进行强有力测试的重要性。
2013-12-06 q-bio.PE
Range contraction enables harvesting to extinction
捕捞一个物种的经济激励通常随着其丰度的下降而减少，因为捕捞成本增加。这就防止了灭绝。一个已知的例外可能发生，如果消费者需求导致一个下降的物种的收获价格上涨快于成本。这种威胁可能会影响到稀有和有价值的物种，如大型陆地哺乳动物，鲟鱼和蓝鳍金枪鱼。我们分析了一个类似的，但未被重视的威胁，当一个物种的地理区域（范围）的合同，其丰度下降。范围收缩维持了种群下降的局部密度，这通过防止丰度下降导致收获成本上升而促进了收获灭绝。导致这种范围缩小的因素包括学校教育，放牧或群集行为-具有讽刺意味的是，这些行为可能是避免捕食者的适应;斑块环境;栖息地丧失;以及气候变化。我们使用一个简单的模型来识别组合的范围收缩和价格上涨能够导致灭绝有利可图的过度捕捞，我们比较这些经验的审查。我们发现，一些水生物种学校或饲料在斑块环境中经历足够严重的范围收缩，因为他们下降到允许有利可图的收获灭绝，即使很少或没有价格上涨，和一些高价值的下降水生物种经历严重的价格上涨。对于陆地物种，评估我们理论所需的数据很少，但现有证据表明，使范围收缩的减少在哺乳动物和鸟类中可能很常见。因此，随着丰度下降导致范围缩小的因素可能会对被捕捞物种造成意想不到的巨大灭绝风险。
2017-03-30 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
Neutral theory of cooperative dynamics
Michigan State University（密歇根州立大学）；Universitat Pompeu Fabra（庞培法布拉大学）；Barcelona Collaboratorium（巴塞罗那协作实验室）；University of Tokyo（东京大学）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF)（进化生物学研究所（CSIC-UPF））
本文提出了一种中性理论，用于描述合作物种在低迁移率下的双峰物种丰度分布，并探讨其在微生物组、合成生物学和生命起源中的应用。
2025-12-20 physics.bio-ph q-bio.PE
Emergence of structural and dynamical properties of ecological mutualistic networks
当两类物种之间的相互作用是互利的时，互利网络就形成了。它们是进化形成的合作的重要例子。动物和植物之间的互利共生在生态群落的组织中起着关键作用。生态学中的这种网络一般演化出一种独立于物种组成和纬度的嵌套结构-专家与通才互动的节点的适当子集互动。尽管持续的努力来解释观察到的网络结构的基础上，社区层面的稳定性或持久性，这种相关的研究已经达成了最低限度的共识。在这里，我们表明，嵌套的相互作用网络可能会出现的结果，旨在最大限度地提高物种丰富度互利社区的优化原则。使用分析和数值方法，我们表明，由于互惠的相互作用，在一个给定的物种的丰度增加的结果在相应的增加在社区中的个人的总数，也嵌套的相互作用矩阵。事实上，物种的丰度和相互作用矩阵的嵌套相关的数量取决于互利相互作用的强度。嵌套和观察到的通才和专家物种的自发出现发生在几个动态实现的变分原理在固定条件下。优化的网络虽然保持稳定，但往往比随机分配交互的网络弹性更小。特别是，我们分析表明，最稀有物种的丰度与社区的弹性直接相关。我们的工作为研究生态互惠网络的新兴结构和动力学特性提供了一个统一的框架。
2013-08-22 q-bio.PE
Many-species ecological fluctuations as a jump process from the brink of extinction
本研究发现在小迁移率下，多物种生态系统呈现大波动和长时间尺度的标度区间，物种丰度轨迹遵循非马尔可夫跳跃扩散过程，可作为高多样性生态系统内源性波动的指纹。
2024-01-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A novel metric for species vulnerability and coexistence in spatially-extended ecosystems
本文针对空间扩展集合群落中的物种共存与灭绝风险，提出由竞争平衡导出的脆弱性新度量及竞争得分方法，并经两个热带森林数据集验证。
2025-03-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A metric for tradable biodiversity credits linked to the Living Planet Index and global species conservation
难以确定适当的生物多样性影响衡量标准仍然是将生物多样性考虑纳入对环境负责的投资的主要障碍。我们提出并分析了一个简单的基于科学的本地度量：本地物种丰度相对于其全球物种丰度的比例变化的总和，并对接近灭绝的物种进行了校正。正如我们所展示的，这个度量量化了物种平均长期全局生存概率的变化。它在数学上与一个被广泛引用的全球生物多样性指标--地球生命力指数相联系，我们提出了一个改进的公式，直接解决了由反射引起的奇异性问题。我们表明，在一个理想的市场中，贸易在我们的度量将导致接近最优的资源配置物种保护。我们进一步表明，该指标是密切相关的其他几个指标和指数已经在使用。因此，采用的障碍很低。与处理生态系统功能和服务的指标结合使用，潜在的应用领域包括生物多样性相关的财务披露和自愿或立法规定的生物多样性无净损失政策。
2023-03-20 q-bio.PE
Estimating invasive rodent abundance using removal data and hierarchical models
针对入侵啮齿动物丰度估计的传统方法局限，提出应用分层多项N-混合模型处理移除数据，通过模拟验证模型可靠性，结合实际数据展示其在分析与应对假设违反中的价值，为入侵物种管理提供方法支持。
2025-04-19 q-bio.PE
A Simple Explanation for Taxon Abundance Patterns
在高于种的分类水平上，每个分类单元的亚分类单元数的丰度分布趋于幂律，但往往表现出强烈的偏离。以前，这些偏差归因于有限时间的影响，在一个连续的时间分支过程中的通用水平。相反，我们在这里描述了一个简单的离散分支过程，产生所观察到的分布，并发现分布的偏离幂律形式是不平衡造成的，而是它是时间无关的，并确定的利益类群的进化特性。我们的模型预测-没有自由参数-从化石记录中获得的化石海洋动物目中的科数的秩-频分布。我们发现，近幂律分布在统计上几乎是不可避免的类群高于种。分支模型还揭示了物种丰度模式，以及进化过程，自组织临界性和分形之间的联系。
2000-02-01 nlin.AO physics.bio-ph physics.data-an
Dynamical persistence in resource-consumer models
我们展示了高度多样化的生态群落如何通过资源竞争相互作用并从物种库迁移时，可能会显示出持续的丰度波动。这与已实现的物种多样性与资源数量的比率密切相关。这个比例是由竞争决定的，通过物种被排挤和入侵之间的平衡。当这个比例小于1时，动力学将达到稳定的平衡。当这个比例大于1时，固定点要么不稳定，要么边缘稳定，正如竞争排斥原理所预期的那样。如果它们是不稳定的，系统就会从固定点排斥，丰度就会永远波动。虽然边际稳定的不动点原则上是允许的，并被一些模型预测，但它们在高度多样性时变得结构不稳定。这意味着，即使是对模型的微小改变，例如资源如何组合以产生物种增长的非线性，也会导致持续的丰度波动。
2020-02-11 cond-mat.stat-mech 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
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
Estimation of black bear abundance by management zone in Wisconsin
种群丰度的估计是野生动物管理和保护的基础，但很难在大的地理范围内获得，并为神秘物种。我们在贝叶斯框架中使用状态空间模型和收获年龄数据，对2011-2017年威斯康星州四个管理区的美国黑熊（Ursus americanus）丰度和人口统计参数进行建模。我们从人群中获得的人口统计学数据有限，并依赖于a）模型，b）收获时年龄数据和c）文献综述中的信息先验分布。从我们的模型中估计的丰度和人口统计参数的后验均值和分布对于每个管理区都是合理的，并表明A区和B区呈下降趋势，C区和D区呈总体稳定趋势。收获时年龄数据更新了初始种群大小、收获季节存活率和非收获季节存活率的后验分布和平均值，存活值的精确度显著增加。管理人员的模型的优势是提供生物支持的信息作为先验分布，以透明地容纳专家意见的信心措施时，估计野生动物种群，然后可以更新的年龄在收获的数据和模型结构的正式过程。先验信息和年龄在收获状态空间模型在贝叶斯框架的整合有效地利用所有可用的信息，使特定区域的丰度估计收获物种的管理。这可能会为决策者在设定收获配额时提供更多信息，并可能导致更有效地监测，保护和管理神秘的食肉动物物种。
2019-05-22 q-bio.PE
Effect of antibiotic spectrum on the abundance of resistant bacteria in multispecies communities
Lund University（隆德大学）；Roskilde University（罗斯基勒大学）；Uppsala University Hospital（乌普萨拉大学医院）
研究抗生素谱如何影响多物种群落中耐药细菌的丰度，通过构建数学模型分析物种间相互作用，揭示抗生素选择对耐药性动态的影响机制。
2026-10-19 q-bio.PE
Impact of parity in rock-paper-scissors type models
我们调查的背景下，最简单的概括的石头剪刀布模型的任意数量的物种-我们认为模型的物种总数（$N_S$）在3和12之间，具有一个或多个（弱）物种的特征在于减少捕食概率（由一个因素的${\mathcal P}_w$相对于其他物种）的奇偶校验的丰富的弱物种的影响。我们表明，使用基于晶格的空间随机模拟与随机初始条件，大到足以共存占上风，奇偶效应是显着的。我们发现，弱物种的性能是依赖于是否总的物种数是偶数或奇数，特别是对$N_S \le 8$，奇数的物种是平均更有利于弱物种比偶数的。我们进一步表明，尽管在各个模型之间观察到显着的分散，但如果${\mathcal P}_w$足够小于1，则弱物种的平均丰度高于强物种--值得注意的例外是四个物种的情况。
2021-07-09 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Response to sudden surge in human movement by an urban-adapted animal
与其直接环境的相互作用决定了有机体的生态。存在于任何栖息地的物种，无论是野生的还是城市的，都可能因突然的扰动而面临极端的压力。当这种干扰是不可预测的，它变得更具挑战性的解决。因此，实施具体的战略对于不同物种克服不利情况至关重要。许多生物和非生物因子可以改变一个物种的动态。人为干扰就是这样一个因素，它具有相当大的影响，也有可能影响生活在人类生境附近的物种。我们调查了一个城市适应物种的反应，突然激增的人的脚步声或过度拥挤。在发展中国家的街道上自由生活的狗（狼〈动物〉动物>）经历着巨大的人为压力。据了解，人类在一个地区的运动可以通过在很大程度上影响他们的个性来预测这些狗的行为。在目前的研究中，我们观察到高和突然的人类脚步对狗的丰度和行为活动的强烈影响。随着人类活动的增加，狗的数量和行为活动都有所减少。在有限的时间尺度上进一步调查发现恢复的行为活动，但不恢复人口丰度。这为人类在城市环境中影响自由放养犬行为的程度提供了重要证据。
2020-12-07 q-bio.PE
Dispersal diversity buffers species vulnerability to local extinction
University of Padova（帕多瓦大学）；National Biodiversity Future Center（国家生物多样性未来中心）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；University of Lausanne（洛桑大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；CMCC Foundation, Euro Mediterranean Center on Climate Change（欧洲地中海气候变化中心基金会）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本文提出基于复杂系统统计物理的通用框架，通过整合物种生存关键过程，将竞争平衡作为可测量指标，揭示扩散策略多样性降低物种易受伤害性的机制。
2026-07-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
When do correlations reflect biological similarity in ecological dynamics?
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）
本文通过随机群落模型分析生物相似性与丰度相关性的关系，发现Lotka-Volterra框架无法满足相关性要求，而消费者-资源模型中相关性的解释取决于噪声路径。
2026-06-23 q-bio.PE
Neutral dynamics with environmental noise: age-size statistics and species lifetimes
中性动力学，其中类群被假定为人口统计学上等效的，它们的丰度仅由潜在的出生-死亡过程的随机性决定，已经证明自己是一个重要的最小模型，占遗传学和生态学中的许多经验数据集。然而，人口[ ${\cal{O}} ({\sqrt N})$ ]噪声模型的限制产生相对缓慢的动态，似乎是在短期和长期的观察系统的特性相冲突。在这里，我们分析了两个问题-年龄大小的关系和物种灭绝时间-在一个中性学说〈动〉框架与人口和环境的随机性。事实证明，环境引起的人口变化率控制的长期动态和修改显着的中性学说〈动〉<动>与人口噪音，产生更好的协议与经验数据。我们认为两个原型的“零均值”的环境噪声，这是平衡的算术丰度方面，另一个平衡的对数（健身）空间，研究其物种寿命统计和讨论其相关性的现实模型的社区动态。
2015-05-12 q-bio.PE
Extrapolation of Urn Models via Poissonization: Accurate Measurements of the Microbial Unknown
高通量并行方法测序微生物群落的可用性正在以前所未有的速度增加我们对微生物世界的了解。虽然大多数注意力集中在确定α多样性的下限，即环境中存在的不同物种的总数，但这个数量的严格界限可能非常不确定，因为环境的一小部分可能由大量不同物种组成。为了更好地评估仍然未知的内容，我们建议预测属于未采样类的环境部分。建模样本绘制与替换的彩球从一个未知的组合物的骨灰盒，并在唯一的假设下，仍然有未发现的物种，我们表明，有条件的无偏预测和准确的预测区间（对数尺度的恒定长度）是可能的环境中属于未采样类的部分。我们的预测是基于泊松化的论点，我们已经实现了我们所谓的嵌入算法。在固定的即非随机化的样本量中，该算法导致对原始样本的子样本的非常准确的预测。我们量化了固定样本量对我们的预测区间的影响，并测试了我们的方法和文献中发现的其他方法对模拟环境的影响，我们设计这些模拟环境时考虑了来自人类肠道和手部微生物群的数据集。我们的方法适用于任何数据集，可以被概念化为一个样本与替换从一个瓮。特别是，它可以被应用于，例如，量化在随机RNA库中结合位点问题的所有看不见的解决方案的比例，或者重新评估对某个恐怖组织的监视，预测它在下一次攻击中部署新战术的条件概率。
2011-09-14 math.PR q-bio.GN q-bio.PE
Sheldon Spectrum and the Plankton Paradox: Two Sides of the Same Coin. A trait-based plankton size-spectrum model
谢尔顿谱描述了水生生态系统中一个显著的规律性：生物量密度作为对数体重的函数在许多数量级上近似恒定。虽然尺寸谱模型解释了这种现象的多细胞生物的组合，本文介绍了一个物种分辨的尺寸谱模型来解释单细胞浮游生物的现象。一个涵盖单细胞浮游生物细胞大小范围的谢尔登谱必然由大量共存的物种组成，这些物种涵盖了广泛的特征大小。以少量资源为食的许多浮游植物物种的共存被称为浮游生物的寄生虫。我们的模型解决了悖论，表明共存是促进异速生长缩放的四个生理率。两个异速生长的经验支持，其余两个出现从捕食者-猎物的相互作用时，丰度遵循谢尔顿频谱。我们的浮游生物模型是一个基于尺度不变特征的尺寸谱模型：它描述了浮游植物和浮游动物细胞的丰度作为大小和物种特征（细胞分裂前的最大大小）的函数。它包括由于资源消耗和捕食较小细胞而导致的生长，由于捕食而导致的死亡，以及灵活的细胞分裂过程。我们给出了在稳定状态下的物种内的大小分布和跨物种的相对丰度的解析解。
2016-07-14 physics.bio-ph q-bio.PE
Generalised Lotka-Volterra model with hierarchical interactions
在复杂生态系统的分析中，通常使用随机相互作用系数，通常假定所有物种在统计上是相等的。在这项工作中，我们放松这一假设，根据级联模型，我们将其纳入一个广义的洛特卡-沃尔泰拉动力系统选择相互作用。这些互动在社区中强加了等级制度。平均而言，物种从与等级中更低的物种的相互作用中获得的利益比与更高的物种的相互作用中获得的利益更多。使用动态平均场理论，我们证明了一个强大的层次结构是稳定的，但它减少了幸存的社区中的物种数量，以及它们的丰度。此外，我们表明，增加异质性的方差的相互作用系数在层次结构中的位置是不稳定的。我们还评论了幸存的社区的结构，并证明了一个物种的丰度和生存概率取决于它在层次结构中的位置。
2022-08-02 cond-mat.dis-nn 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
