Ecological and genetic effects of introduced species on their native competitors
物种引入新的栖息地可能会导致竞争的本地物种的种群规模下降，从而也会导致其遗传多样性〈动〉<动>。我们感兴趣的是，为什么这些不利影响在某些情况下是微弱的，而在其他情况下，本地物种下降到灭绝的地步。虽然引进率和增长率的引入种在新的环境中显然有一个积极的关系，入侵的成功和影响，竞争的影响是知之甚少。在这里，我们调查种间竞争的强度如何影响本地物种的持续时间，面对重复和持续引进的非本地物种。我们分析了两个随机模型：一个模型的种群动力学的两个物种和一个模型，另外包括本地物种的群体遗传学在一个位点参与其适应不断变化的环境。与直觉相反，这两个模型预测，本地物种的持久性时间是最低的中间竞争强度。这种现象的结果从竞争的相反的影响在不同阶段的入侵过程：随着竞争强度的增加，需要更多的引进事件，直到一个新种〈动〉<动>可以建立，但增加竞争也加快了本地物种的排斥已建立的外来竞争对手。通过比较生态和生态遗传模型，我们检测和量化的生态和遗传效应之间的协同反馈。
2013-01-02 q-bio.PE
Modeling trait-dependent evolution on a random species tree
了解二元性状的进化仍然具有挑战性，二元性状会影响物种的出生和生存以及分子进化的速度。一个典型的例子是植物物种交配系统的进化。在这项工作中，我们提出了一个概率建模框架的二进制性状，随机物种树，其中的物种数量和它们的性状表示的两种类型，连续时间马尔可夫分支过程。我们发展我们的模型，考虑交配系统的影响dN/dS，非同义同义的同义替换的比例。介绍了一种方法，使我们能够匹配模型参数与参数估计从系统发育树数据。从模型中得到的属性被应用到异交和自交种树在天竺葵科和茄科。这使得我们不仅可以研究分支树率，而且可以研究突变率和选择强度。
2017-04-01 math.PR 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
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
Measuring Impact of Climate Change on Tree Species: analysis of JSDM on FIA data
受气候变化影响的第一批生物之一是树木，它是我们最重要的资源之一。在这项研究中，树种的相互作用和气候在不同的生态环境中的反应，观察应用联合物种分布模型在美国不同的生态领域。联合物种分布模型有助于了解物种间的关系和物种对环境的反应。气候对树种的影响是通过一个地区的物种丰富度来衡量的。我们比较了模型在所有生态领域的表现，并研究了气候变量的敏感性。有了丰富度的预测，可以预测未来的树种种群，并衡量气候变化对树木种群的影响。
2019-10-11 q-bio.PE
Models of Ecological Fitting
University of Exeter（埃克塞特大学）；University of Lincoln（林肯大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文提出并分析生态拟合模型，证明入侵成功取决于生态系统种群与多样性，并发现多物种同时殖民时平衡建立但多样性低于起始物种数。
2026-09-29 q-bio.PE
Extraordinary Sex Ratios: Cultural Effects on Ecological Consequences
我们建立性别结构种群动力学模型，分析遗传和文化差异群体之间的成对竞争。性比等位基因仅在异配型性别中表达，因此Fisher分析的假设不适用。性别比例的进化推动了一种与群体相关的性状的文化进化，这种性状决定了同配性别的死亡率。资源限制下的两性动态诱导了强烈的Allee效应，该效应依赖于性别比例和文化特征值。我们描述了由此产生的阈值，从积极的增长灭绝分开，作为女性和男性密度的函数。当初始条件避免灭绝由于Allee效应，不同的性别比例不能共存，在我们的模型中，更大的女性分配总是入侵，并排除较小的分配。但是文化传播的特征与性别比例相互作用，决定了成功入侵的生态后果。入侵的女性分配可能允许人口持续自我调节平衡。在这种情况下，常驻文化可能被排除在外，或者可能与入侵者文化共存。也就是说，一个单一的性别比例等位基因在女性和男性死亡率的文化二态性可以持续;低死亡率居民的特点是通过父亲到儿子的文化传播。否则，成功入侵的雌性分配排除了居民等位基因和文化，然后通过雄性的短缺将种群推向灭绝。最后，我们表明，在均匀混合下得到的结果举行，与警告，在一个空间上明确的模型与本地交配和扩散扩散在两性。
2012-09-07 cond-mat.stat-mech 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
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
What ecological factors shape species-area curves in neutral models?
了解跨尺度的生物多样性和物种共存的因素在生态学中至关重要，无论是理论上还是保护政策。物种-面积关系（SAR），衡量观察到的物种数量如何增加，扩大采样面积，构成了一个方便的工具，量化生物多样性的空间结构。虽然物种-面积曲线的一般特征在各生态系统中相当普遍，但某些数量方面可能会发生重大变化。人们曾多次尝试将这些变化与生态力联系起来。在空间上明确的中性模型的框架内，在这里，我们审查的影响，不同的地方种群的大小（即每个站点的个人数量）和栖息地饱和度（允许空站点）的水平。我们的结论是，物种面积曲线变浅时，地方种群规模的增加，而栖息地饱和度，除非强烈违反，起着边际作用。我们的研究结果提供了一个合理的解释，为什么微生物的SAR比那些更大的生物体更平坦。
2012-05-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Natural Averaging May Complement Known Biological Constraints in Bi-parental Reproduction's Advantages Over Mono-parental in Conserving Species Quantitative Traits
本研究通过数学分析与模拟发现，双亲繁殖的性状混合本质会产生普遍统计效应，使数量多基因性状传递偏差小于无性繁殖，该效应独立于已知生物学机制，有助于维持物种与生态系统稳定，或推动有性生殖进化。
2024-11-14 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
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
Species traits and community properties explain species extinction effects on detritus-based food webs
土壤群落功能组成的变化对养分循环的影响仍然没有很好的理解。模拟群落动态的模型克服了在野外进行物种去除实验的技术挑战。然而，到目前为止，现有的土壤食物网〈动〉<动>模型不能充分代表有机质加工链，这是土壤动力学的关键。在这里，我们提出了一个新的土壤食物网〈动〉动>动态模型占异速生长的代谢率，有机质的个体发育，并明确表示氮和碳流量。我们用这个模型来研究什么样的性状是物种对群落生产力和养分循环影响的最佳预测因子。要做到这一点，我们删除了161营养物种（功能相同的物种组）一次从48个森林土壤食物网，并模拟他们的动态，直到平衡。模拟结果表明，性状的组合更好地确定去除效果比单一的。最小的物种是最具竞争力的物种，但不同体重的食肉动物表现出最高的连通性和资源相似性，可能是调节竞争力的关键石种。尽管如此，大多数清除效果较低，这表明功能冗余提供了一个高电阻的土壤食物网单一营养物种灭绝。我们还首次强调，食物网〈动〉<动>结构和土壤肥力可以以不可预测的方式彻底改变物种效应。此外，在过去的研究中，排除碎屑和化学计量的限制导致低估的间接影响和追溯。虽然还需要开展更多的工作，以纳入食草动物之间的互补性，但必须在模型中考虑到这些机制，以便更好地了解土壤食物网〈动〉<动>的功能。
2019-02-11 q-bio.PE
Evaluating The Impact Of Species Specialisation On Ecological Network Robustness Using Analytic Methods
本文提出一种无需计算模拟的解析模型，用于预测随机或定向初级灭绝引发的二次灭绝，并揭示物种度方差最小化及特化或泛化对网络鲁棒性的影响。
2023-07-05 math.CO physics.soc-ph 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
Ecological networks of viable species with degree-dependent interaction
Inha University（仁荷大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Gyeongsang National University（庆尚国立大学）；Università di Padova（帕多瓦大学）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
研究将度依赖相互作用强度引入广义随机LV模型，识别出枢纽偏好和枢纽抑制阶段，分析得出阶段边界，发现其会使可行物种网络度-度相关性反向变化，证明度依赖相互作用对塑造物种生存及再现生态网络assortativity值的重要性。
2026-07-22 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Complex ecological communities and the emergence of island species area relationships
自从物种-面积关系（SAR）首次作为幂律被提出来解释物种丰富度如何随面积而变化以来，已经过去了一个世纪。有许多人试图解释这种主要形式的起源。除了幂律之外，许多实证研究也报告了SAR的半对数形式，但很少有人讨论其发生率。在这项工作中，我们测试这些关系是否可以出现从大型随机社区的岛屿状系统的组装。我们重新制定了广义的洛特卡-沃尔泰拉模型通过引入面积参数，决定物种丰富度的组装社区。我们的分析表明，这两种最广泛报道的关系形式可能是由于移民率的差异和弱相互作用的偏斜而出现的。我们特别强调的发病率的半对数SAR低移民率从源池，这是与以前的几个实证研究。这两种SAR形式可能显示出很好的适合在一个大跨度的地区的数据，但幂律高估了偏远群岛中较小岛屿的物种丰富度。
2021-08-16 q-bio.PE
Evolving complexity: how tinkering shapes cells, software and ecological networks
复杂系统的一个共同特征是它们可以通过相互作用的部分的网络来表示。事实上，网络组织（而不是部分）在很大程度上决定了大多数更高层次的性质，这些性质不能简化为单个部分的性质。这些网络的拓扑结构能否提供一些关于它们进化起源的见解？生物网络和人工网络都有一些共同的结构特征。它们通常是异质和稀疏的，并且大多数表现出小世界属性或模块或层次模式的存在。这些特性通常被归因于功能上有意义的性状的选择。然而，生成网络模型的正确表述表明了一个相当不同的画面。与标准的选择-优化论点相反，一些网络揭示了重用不可避免地产生复杂模式，并且可以使用复制-重新布线规则进行建模。这些导致了在真实案例研究中观察到的异构、无标度和模块化架构。修补是一种普遍的机制，它不仅驱动着生物进化，也驱动着某些技术设计的大规模动态。在这里，我们研究的证据修修补补的细胞，技术和生态网络及其影响，塑造他们的架构和深刻影响他们的功能特性。我们的分析表明，要认真重新考虑选择力量或设计原则作为网络进化的主要驱动力所发挥的作用。
2019-07-12 q-bio.MN q-bio.PE
Ecological patterns of genome size variation and the origin of species in salamanders
蝾螈（蝾螈）是最大的脊椎动物基因组之一，大小从10到超过80 pg不等。蝾螈分为10个现存的家庭，每个家庭的基因组大小的特征范围。虽然基因组大小的变化通常是随机发生的，并且在没有选择压力的情况下，但在特定的脊椎动物谱系中，基因组大小变化的非随机模式是明显的。在这里，我们报告说，蝾螈家族的基因组大小与物种丰富度和其他生态因素成反比：分支开始辐射较早（旧冠年龄）往往有较小的基因组，更高水平的多样性和更大的地理范围。这些观察结果支持了这样的假设，即具有较大基因组的urodel家族要么具有较低的多样化倾向，要么比具有较小基因组的家族更容易灭绝。
2015-03-07 q-bio.GN 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
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
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
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
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
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
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
A phenomenological spatial model for macro-ecological patterns in species-rich ecosystems
在过去的几十年里，生态学家已经认识到，在相对较大的空间尺度上描述生态群落的关键生态模式不仅依赖于尺度，而且紧密交织在一起。物种的相对丰富度，告诉我们物种的共性和稀有性，从小到大的空间尺度改变其形状。物种的平均数量作为面积的函数有一个陡峭的初始增加，然后在大规模的斜坡下降。最后，如果我们在一个给定的位置找到一个物种，我们更有可能在附近找到同一物种的个体，而不是相距更远。这种空间周转取决于物种的地理分布，而这些物种往往在空间上聚集在一起。这反映了一个区域内物种的丰度和丰富度，但到目前为止，很难量化这种关系。在一个中性的框架内，它认为所有的个人竞争力相当，我们引入了一个空间随机模型，现象学帐户的出生，死亡，移民和本地分散的个人。我们计算的对相关函数，封装空间营业额，和条件概率找到一个物种与一定的人口在一个给定的圆形区域。此外，我们计算了宏观生态格局，我们已经提到的，并比较了解析公式和数值积分的模式。最后，我们将模型预测与两个低地热带森林资源清查的经验数据进行了对比，结果总是吻合得很好。
2016-09-12 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
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
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
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
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
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
Interaction patterns and diversity in assembled ecological communities
从一个物种池中组装生态群落是生态学的核心，但这一过程对群落相互作用网络性质的影响在很大程度上仍然是未知的。在这里，我们使用一个系统的分析框架来描述如何从一个物种池组装引起社区网络的属性，不同于那些池：相比，池，社区表现出更高的承载能力，较弱的竞争相互作用和更强的有益的相互作用的偏见。此外，即使所有池物种之间的相互作用是完全随机的，社区网络更结构化，与物种间的相互作用，相互作用和承载能力之间的相关性。尽管如此，我们表明，这些属性是不足以解释所有社区物种的共存，这是一个简单的相互作用和物种丰度之间的关系，是负责社区内的多样性。
2016-07-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
The persistence of bipartite ecological communities with Lotka-Volterra dynamics
本研究通过广义Lotka-Volterra方程研究二分网络组织的生态群落，推导出相图精确结果，识别影响持久性因素及消费者缺失的参数区域。
2023-07-26 q-bio.PE
Interspecies correlation for neutrally evolving traits
模拟表型进化的一个简单方法是假设在分裂之后，姐妹物种的性状值作为独立的布朗运动而发散。仅依赖于底层物种树的先验分布（以现存物种的数量n为条件），我们研究随机向量（X_1，.，X_n）。本文给出了向量（X_1，…）的样本均值的方差和样本方差的均值的紧致公式。X_n）。这些公式的关键成分是从（X_1，…，X_n）。该种间相关系数不仅考虑到n中两个物种的随机抽样和布朗运动的随机性，而且考虑到系统发育树中的不确定性。后者是由（超临界或临界）条件分支过程建模。在关键的情况下，我们修改的Aldous-Popovic模型，假设一个适当的前原产地的时间。
2012-03-07 q-bio.PE
Bottom-up versus top-down control and the transfer of information in complex model ecosystems
生态系统是相互作用的物种群落的生态和适应动态的涌现特征。通过非生物环境的自然选择和群落内的共同适应，物种进化，从而产生了我们所认为的生态系统的生态网络。这种还原论的观点可以与另一种观点形成对比，即由于物种必须适应周围的系统，系统本身对物种的进化路径施加了选择压力。这种自下而上和自上而下的控制在生态系统的发展和增长中的相互作用已经讨论了很久，但是经验性的生态系统数据很少，并且缺乏全面的数学框架。本文提出了一种基于信息论的自然选择和协同适应的相对权重的量化方法，以评估自下而上和自上而下控制在生态系统进化中的相对作用，并分析了基于个体的随机复杂系统模型--进化生态学的缠结自然模型中的信息传递。我们发现，生态群落演变从主要自下而上控制的早期演替系统更强烈的自上而下控制的后期演替系统，作为共适应的进展。对选择有高度影响的物种通常也更丰富。因此，我们的研究结果意味着生态社区是由自下而上和自上而下控制的对话形成的，系统选择和完整性的作用变得更加明显，进一步的生态系统的发展。
2018-07-02 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
Symbology from set theory applied to ecological systems: Gause's exclusion principle and applications
我们引入了一个符号表示，如集合论考虑物种之间的生态相互作用（ECOSET）。生态排斥原理（Gause）以一种象征性的方式被用来作为操作工具来考虑更复杂的情况，如与不育种的相互作用（SIT技术），两个物种有两个叠加的源（生态位分化）和N+P物种竞争N资源等。我们的符号表示法为我们提供了一种可操作的、简单的方法来考虑生态学中的基本过程。在此集合论的观点下，重新考虑了生态过程的一些实验数据（实验室或野外）。
2005-06-28 q-bio.PE q-bio.QM
Spectral control for ecological stability
被认为是由N个相互作用的物种的系统。自反应项假定为逻辑类型。物种之间根据不同的方式发生成对相互作用，从而产生复杂的不对称无序图。一个数学程序的介绍和测试，以稳定的生态系统通过{ \it特设}重新布线的基础耦合。该方法对雅可比矩阵的谱进行了最小的修改，该雅可比矩阵设置了不动点的稳定性，并将这些变化追溯到种-种相互作用。恢复力的平衡态似乎有利于捕食者-猎物的相互作用。
2018-01-27 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Trait-dependent extinction leads to greater expected biodiversity loss
利用一个经典的组合不等式，建立了树上多元二元马氏过程的马氏不等式。然后，我们应用这一结果，以及FKG不等式，比较两种物种灭绝模型下的生物多样性的预期损失。其中一个模型是早期模型的广义版本，在早期模型中，灭绝受到某种可分为两种状态的性状的影响，并根据马尔可夫过程在树上进化。由于不止一个特征可以影响物种灭绝的速率，因此在广义模型中允许k个二元状态影响灭绝速率是合理的。我们比较这个模型，每个物种的匹配边缘灭绝概率，但物种灭绝事件是随机独立的。
2009-11-18 q-bio.PE q-bio.QM
A nonconservative kinetic framework with logistic growth for modeling the coexistence in a multi-species ecological system
Dipartimento di Matematica e Applicazioni “R. Caccioppoli”, Federico II（那不勒斯费德里科二世大学数学与应用应用系）；University of Messina（墨西拿大学）
本文提出了一种非保守动力学框架，结合逻辑增长模型，用于研究多物种生态系统中捕食者-猎物机制下的共存与稳定性。
2025-12-23 math-ph math.MP q-bio.PE
The Hill numbers synthesize and generalize measures of trait polygenicity
Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）
本文指出O'Connor和Sella提出的四种多基因性度量对应于希尔数连续体，希尔数是唯一适合测量多基因性的拟算术均值，为性状多基因性度量提供了统一解释框架。
2026-10-09 q-bio.PE
Trait-based indices to assess benthic vulnerability to trawling and model potential loss of ecosystem functions
物种一级对拖网捕捞的脆弱性取决于与生态系统功能有关的物种生物特征的个体组合。基于性状的物理阻力RI和生殖潜力RPI的指数的发展和结合成一个整体的脆弱性指数的物种水平上，RRI或阻力和生殖潜力指数。该指数被用来探讨阻力和繁殖潜力如何改变拖网捕捞梯度。RRI允许将底栖生物群落划分为表达不同脆弱程度的群体，这些群体可以与生态系统功能联系起来。RRI指数通过模拟脆弱物种的灭绝或损失及其对功能的影响，开辟了情景建模的可能性。基于性状的RRI指数的有效性进行了探讨，通过比较个别物种的RRI分数经验观察到的反应在拖网梯度的基础上，以前发表的数据。RRI评分和观察到的反应（回归斜率）显著相关，为所采取方法的合理性提供了支持。数据分析表明，阻力和恢复力指数在拖网捕捞梯度上有所增加，表明随着拖网捕捞的增加，社区失去了脆弱物种。在探索拖网捕捞对生物扰动的影响时，我们发现，尽管脆弱物种的损失，但它受到的影响不成比例。拟议的指数提供了新的见解物种的脆弱性和功能的联系。
2020-11-26 q-bio.PE q-bio.QM
Stochastic dynamics of adaptive trait and neutral marker driven by eco-evolutionary feedbacks
在生态进化框架下研究了中性多样性如何受到选择和适应的影响。在我们的模型中，我们研究了一个连续时间的有限总体，其中每个个体的特征是一个性状的选择和一个完全连锁的中性标记。人口动态是由出生和死亡、出生时的突变以及个体之间的竞争驱动的。性状价值影响生态过程（人口统计事件，竞争），竞争产生性状变异的选择，从而关闭生态进化反馈回路。该性状的人口统计学效应预计也会影响中性变异的产生和维持。我们考虑了一个大的人口限制与罕见的突变，假设中性标记突变速度比选择下的性状。证明了基于随机个体的过程收敛于一个新的带跳的测度值扩散过程，我们称之为替换Fleming-Viot过程（SFVP）。当限制在性状空间时，这个过程是由Metz等人（1996）首次引入的性状替代序列。在有利突变的侵入期间，发生遗传瓶颈，并且与该有利突变相关的标记被搭便车。通过严格分析搭便车效应和中性多样性是如何恢复之后，我们得到了时间尺度分离的条件，在此条件下，我们表明，标记分布近似的Fleming-Viot分布之间的两个性状取代。我们讨论了SFVP的影响，我们的理解下生态进化反馈的中性变化的动态，并说明了模拟的主要现象。我们的研究结果强调了突变，生态参数和性状值在选择性扫描后恢复中性多样性的共同重要性。
2014-05-22 math.PR q-bio.PE
Spatial and Ecological Scaling of Stability in Spatial Community Networks
在空间和生态网络中，有许多尺度可以量化稳定性。局部尺度分析侧重于空间网络的特定节点，而区域尺度分析则考虑整个网络。同样，物种和群落一级的分析要么说明单个物种，要么说明整个群落。此外，稳定性本身可以用多种方式定义，包括抵抗力（扰动引起的相对位移的倒数），初始恢复力（扰动后的回报率）和不变性（人口波动相对幅度的倒数）。在这里，我们分析这些稳定性的尺度依赖性。更具体地说，我们问空间尺度（本地与区域）和生态尺度（物种与社区）如何影响这些稳定性。我们发现，区域初始恢复力是当地的初始恢复力的加权算术平均值。区域电阻是局部电阻的调和平均值，这使得区域电阻特别容易受到低稳定性节点的影响，这与区域初始弹性不同。类似的结果之间的关系，社区和物种水平的初始弹性和阻力。抵抗力和初始复原力都是“无标度”的特性：区域和社区价值只是当地和物种价值的生物量加权平均值。因此，人们可以很容易地估计整个网络的稳定性度量从部分采样。相比之下，区域和社区层面的不变性通常分别大于地方和物种层面。因此，估计的不变性的空间或生态网络的测量在当地或物种的水平是比较复杂的，需要一个公正的估计网络（即区域或社区）的大小。
2022-10-18 physics.bio-ph q-bio.PE
Dispersal-induced destabilization of metapopulations and oscillatory Turing patterns in ecological networks
正如艾伦·图灵在1952年提出的，扩散效应可能会破坏反应化学物质的均匀分布，导致空间和时间上的不均匀图案，这是一种普遍存在的非平衡斑图形成机制。虽然稳态图灵模式是众所周知的，振荡不稳定性，导致连续介质中的行波，也称为波分叉，是罕见的化学系统。在这里，我们将图灵的分析扩展到一般的网络，并将其应用于生境之间具有扩散连接的生物物种的生态集合种群。值得注意的是，振荡的图灵不稳定性并不会导致网络中的波型，而是导致异质振荡的自发发展和某些物种的可能灭绝，即使它们不存在于孤立的种群中。此外，我们的理论分析表明，这种不稳定性是更常见的生态集合种群比化学反应。事实上，我们发现所有可能的食物网与三个捕食者或猎物物种的不稳定性，在不同的假设下，个别物种的流动性和非线性相互作用。因此，我们认为，振荡的图灵不稳定性是通用的，必须在集合种群动力学中发挥重要作用，提供了一个共同的机制，扩散引起的生态系统不稳定。
2013-10-24 nlin.PS q-bio.PE
Interconnection between density-regulation and stability in competitive ecological network
本研究利用随机矩阵理论分析theta-逻辑斯蒂竞争模型，发现强密度依赖性物种比例增加及网络连接度提高可增强生态群落稳定性，且该结论在不同网络架构下均稳健。
2025-06-25 q-bio.PE
Simpsonian 'Evolution by Jumps' in an Adaptive Radiation of Anolis Lizards
在他极具影响力的进化论观点中，G. G.辛普森假设，物种的进化分支是在适应带中进化的，适应带被定义为具有相似特征和栖息地使用模式的物种所占据的生态位的集合。辛普森假设物种以三种方式进入新的适应区：竞争物种的灭绝，扩散到新的地理区域，或允许物种以新的方式开发资源的关键特征的进化。然而，直接测试辛普森的假设进入新的适应区仍然难以捉摸。在这里，我们评估了适应区之间的跳跃的一个罗伯逊模型的系统发育比较数据的拟合。我们使用一种新的统计方法表明，anoles，一个良好的研究适应辐射的加勒比蜥蜴，已经演变了一系列的进化跳跃性状进化。此外，正如辛普森预测的那样，与栖息地专业化密切相关的特征轴显示出与大安的列斯群岛岛屿之间的关键特征和/或分散的进化相对应的跳跃。我们的结论是，跳跃通常与主要的适应性变化的进化辐射的变色龙。
2013-05-18 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
A network theoretic study of ecological connectivity in Western Himalayas
采用网络理论方法对西喜马拉雅地区风媒植物Abied pindrow、Betula utilis和Taxus wallichiana在景观水平上的生态信息流、生长和连接性进行了建模和研究。一个网络的形式化定义和推导上述物种的种子扩散模型，其中顶点表示栖息地补丁之间的距离小于一个阈值距离连接的边缘。我们定义了网络的中心性，并通过计算确定了栖息地斑块，这些斑块是整个网络中种子分散过程的核心。我们发现，生境斑块网络是一个无标度网络，同时它也表现出小世界性质的特点，高聚类和低的平均最短路径长度。由于高度的聚类，种子在簇的成员顶点之间相互分散，物种的传播是局部均匀的。此外，由于每个顶点距离其他顶点只有很短的步数，物种很快就覆盖了组件中的所有栖息地斑块。此外，由于网络中的枢纽的存在，当物种在枢纽斑块中建立并茁壮成长并分散到相邻斑块时，物种的传播会大大促进。然而，由于地理限制，网络不是模块化的，并且由于高度数的顶点连接到低度数的顶点，因此是负互锁的。
2016-10-03 q-bio.PE
Speciation, ecological opportunity, and latitude
进化假说解释了热带比温带有更多的物种，包括更大的年龄和面积，更高的温度和代谢率，以及更大的生态机会。这些观点对物种形成过程和纬度之间的关系做出了对比性的预测，我对此进行了阐述和评估。现有数据表明，目前温带的人均物种形成率最高，不同纬度的多样化率（物种形成减去灭绝）相似。相比之下，分支的最古老的分析日期之前始新世热最大，当热带的程度比今天大得多，往往表现出最高的物种形成和多样化率在热带。这些研究结果是一致的年龄和地区，这是唯一的假设在预测的时间趋势。温带最近的物种形成率高于热带，这表明对与低物种多样性〈动〉<动>相关的高生态机会的额外响应。这些广泛的模式是令人信服的，但提供了有限的洞察力的基本机制，认为沿纬度梯度的物种形成过程的研究将是至关重要的。以北方湖泊中的三刺鱼为例，我展示了高生态机会如何导致快速物种形成。结果支持的生态机会在物种形成的作用，但其重要性的纬度梯度的演变仍然不确定。我的结论是，热带地区的人均进化率不再高于温带地区。尽管如此，热带地区已经积累的大量物种确保了那里的物种生产率仍然是最高的。因此，热带的进化势头有助于保持纬度生物多样性的陡峭梯度。
2015-09-01 q-bio.PE
Modelling ecological communities as if they were DNA
生态学家对理解和预测生态群落如何随时间变化感兴趣。虽然通过物种丰度的变化来衡量这一点似乎是很自然的，但计算的局限性意味着群落类型之间的过渡往往是模拟的。我们提出了一种方法的灵感来自DNA替代模型，试图估计物种之间的历史相互作用，从而估计生态群落的周转率。虽然我们的模拟表明，该方法有一定的局限性，我们的应用程序的蝴蝶社区数据表明，该方法可以检测到信号在真实的数据。实现该方法的开源C++代码可在http://www.github.com/willpearse/lotto上获得。
2014-03-29 q-bio.PE q-bio.QM
Modeling cooperation and competition in biological communities
在生物群落动态中生态相互作用的深远影响仍然是一个有趣的主题。几十年来，竞争一直是生态过程的基石，但越来越多的证据表明，合作也有助于生物群落的结构。在这里，我们提出了一个简单的确定性模型的促进和竞争的动态系统的影响的研究。这两种影响的同时列入产生丰富的动态，并捕捉到的生态社区的形成中观察到的上下文依赖。该方法再现了初级和次级植物演替的相关方面，入侵物种的影响，以及稀有物种的生存。该模型还考虑了生态优先效应的作用，并强调了促进保护工作和物种共存的关键作用。
2021-07-16 q-bio.PE
