Beyond Activity Space: Detecting Communities in Ecological Networks
新兴的研究表明，活动空间（个人日常活动地点的集合）重叠的程度提供了有关城市及其社区功能的重要信息。为了研究重叠活动空间的模式，我们借鉴了生态网络的概念，这是一种双模式网络，两种模式是个人和个人进行日常活动的地理位置。我们描述了一种方法，用于检测这些网络中的“生态社区”的基础上共享的活动地点之间的个人。具体来说，我们确定潜在的活动模式配置文件，其中，对于每个社区，总结其成员的概率分布去每个位置，和社区分配向量，其中，对于每个人，总结他/她的概率分布属于每个社区。使用青少年健康和发展的背景下（AHDC）研究的数据，我们采用潜在的狄利克雷分配（LDA），以确定活动模式配置文件和社区。然后，我们探讨了社区分配的强度和社区内的一致性在社区之间的差异。我们假设，这些方面的生态社区成员的邻里结构捕捉邻里功能可能与经济和种族组成的有意义的尺寸。我们讨论的重点是生态社区的影响进行更广泛的“邻里效应”的研究。
2019-03-18 q-bio.PE stat.AP
Diverse interactions and ecosystem engineering stabilize community assembly
一个生态群落的复杂性可以被提炼成一个网络，在这个网络中，不同的相互作用将物种连接在一个依赖的网络中。物种之间不仅相互作用，而且通过环境效应间接地相互作用，然而这些生态系统工程师的作用尚未在生态网络模型中得到考虑。在这里，我们探讨生态系统组装的动力学，在一个社区内的物种的殖民化和灭绝取决于营养，服务和工程依赖所施加的约束。我们表明，我们的组装模型再现了生态系统的许多关键特征，如在组装过程中的通才的作用，现实的最大营养水平，并增加嵌套与更高频率的互惠。我们发现，生态系统工程对灭绝率有很大的非线性影响，通过创造小生境空间促进鲁棒性，但同时增加了灭绝级联的幅度。我们强调冗余的重要性，在工程效果，并表明，这种冗余降低了殖民化的障碍，促进社区的多样性。总之，我们的研究结果表明，生态工程师可能会提高社区的多样性，同时增加持久性，促进殖民化和限制竞争排斥。
2019-08-06 q-bio.PE
The effects of ecological selection on species diversity and trait distribution: predictions and an empirical test
生态选择是群落聚集的主要驱动力。当具有中间性状值的物种获得最高的繁殖成功时，选择被归类为稳定，而当具有极端性状值的物种的适合度最高时，选择被认为是定向的。以往的研究探讨了不同选择类型对性状分布的影响，但选择对物种多样性〈动〉性<动>的影响仍不清楚。在这里，我们提出了一个框架来推断的类型和强度的选择，通过研究物种多样性〈动〉性<动>和性状分布一起对零期望。我们使用一个模拟模型来证实我们的预测，定向选择〈动〉应导致较低的物种多样性〈动〉<动>比稳定选择，尽管性状的社区加权方差有类似的效果。我们应用的框架，一年生植物的中围生态系统，以测试是否在物种多样性〈动〉性<动>两个栖息地之间的生产力不同的种子质量的选择差异。我们发现，在这两个栖息地，物种多样性〈动〉<动>低于零期望值，但物种多样性〈动〉性<动>更低的生产性栖息地。我们将这种差异归因于强定向选择〈动〉<动>的大种子物种在生产栖息地所示的性状社区加权平均值较高，社区加权方差低于零预期。在生产力较低的栖息地，我们发现，社区加权方差高于预期的机会，这表明种子质量可能是在这种条件下的生态位划分的驱动程序。总之，我们的研究结果表明，将物种多样性〈动〉<动>和性状分布视为由同一过程（生态选择）驱动的相互关联的模式，有助于理解群落组装。
2021-05-12 q-bio.PE
Malware "Ecology" Viewed as Ecological Succession: Historical Trends and Future Prospects
恶意软件的发展和演变，包括计算机病毒，蠕虫和特洛伊木马，被证明是非常类似的过程中长期承认的社区生态演替。特别是，外部干扰导致的整体环境变化以及恶意软件竞争和反病毒协同进化的反馈效应推动了社区的继承和不同类型恶意软件的发展，这些恶意软件具有不同的传播模式和适应性。
2014-09-24 cs.CR 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
Correlations at criticality in ecological communities
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）
该研究发现生态群落接近临界稳定性时，软模主导波动的预期可能不成立，三类生态场景中均未出现预测的强成对丰度关联，说明临界态临近不一定体现在等时成对关联中。
2026-08-21 q-bio.PE
Ecological landscapes guide the assembly of optimal microbial communities
组装最佳微生物群落是生物燃料生产、农业和人类健康等各种应用的关键。找到最优的社区是具有挑战性的，因为可能的社区的数量随着物种的数量呈指数级增长，因此即使对十几个物种也无法进行穷举搜索。通过一次添加或删除一个物种来改善社区功能的启发式搜索更实用，但这种策略是否能发现最佳或接近最佳的社区尚不清楚。使用有和没有交叉喂养的消费者资源模型，我们研究搜索的功效如何取决于资源的分布，生态位重叠，交叉喂养，和社区生态的其他方面。我们发现，搜索效率是由适当定义的生态景观的坚固性。我们确定了具体的耐用性措施，预测的搜索性能和鲁棒性的噪声和低采样密度。我们的方法的可行性证明了使用从土壤微生物群落的实验数据。总的来说，我们的研究结果建立了成功的启发式搜索的必要条件，并提供了具体的设计原则，建立高性能的微生物财团。
2021-12-15 q-bio.PE q-bio.QM
Impossible ecologies: Interaction networks and stability of coexistence in ecological communities
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics（马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）
该研究通过分析小型生态群落的相互作用网络，发现网络结构对生态共存稳定性有显著影响，揭示了不可约生态对稳定共存的决定性作用。
2023-09-28 physics.bio-ph q-bio.PE
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
Local and collective transitions in sparsely-interacting ecological communities
自然群落中的相互作用可能是高度异质的，任何给定的物种只与其他物种中的一些物种相互作用，这种情况通常由稀疏相互作用网络表示。我们研究稀疏竞争相互作用的后果，在一个理论模型的社区组装从一个物种池。我们发现，社区可以在一些不同的制度，这取决于相互作用的强度。当相互作用很强时，共存物种的网络会分解成较小的子图，而对于较弱的相互作用，这些图会更大，更复杂，最终包含所有物种。这个过程是由新的允许子图的出现驱动的相互作用强度降低，导致急剧变化的多样性和其他社区属性，并在较弱的相互作用，两个不同的集体过渡：一个渗流过渡，并具有一个独特的平衡和具有多个替代平衡之间的过渡。因此，理解社区结构由两部分组成：第一，找出在给定的交互强度下允许哪些子图，第二，在整个社区中匹配这些结构的离散问题。在从许多以前的理论的重点转移，这些不同的制度可以通过修改单独的相互作用强度，而不需要异质性的相互作用强度或每个物种的竞争对手的数量。
2021-10-26 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
Emergent frequency-dependent selection predicts mutation outcomes in complex ecological communities
MIT Center for Theoretical Physics - a Leinweber Institute（麻省理工学院理论物理中心（莱因韦伯研究所））；Department of Physics, Boston University（波士顿大学物理系）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院国际理论科学中心）；Faculty of Computing and Data Sciences, Boston University（波士顿大学计算与数据科学学院）
研究通过动态平均场理论将生态学整合到经典群体遗传学模型中，揭示生态互作导致的频率依赖选择如何影响突变结果，并展示了生态反馈对突变固定概率的抑制作用。
2026-04-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Collapse of an ecological network in Ancient Egypt
生态系统崩溃的动力学对于确定生物群落如何以及为什么随着时间的推移而变化以及生态系统的潜在影响至关重要。在这里，我们整合了古埃及古代哺乳动物的栖息地与古生物学和考古学证据的直接联系，以推断6000年跨度内的当地栖息地和社区动态。这一数据集前所未有的时间分辨率使研究人类人口增长和气候变化的串联效应如何破坏哺乳动物群落成为可能。我们发现，哺乳动物在埃及的灭绝是非随机的，社区组成的不稳定的变化与突然的干旱化事件和随之而来的一些复杂的社会崩溃相吻合。我们还表明，在一个社区中的物种的角色可以随着时间的推移而改变，并预测持久性的物种敏感性，局部动态稳定性的函数的措施。我们的研究是第一次高分辨率分析环境变化对千年时间尺度上捕食者-猎物网络的生态影响，并揭示了塑造现代动物群落的历史事件。
2014-09-24 q-bio.PE
A road map for synthesizing the scaling patterns in ecology
生态学研究生物多样性的多样性和复杂性。它描述了物种如何分布和表现，以应对环境变化。生态过程和结构是高度复杂和适应性的。为了量化新出现的生态模式并研究其隐藏的机制，我们需要依靠数学语言的简单性。在处理生态学中的尺度模式时，这一点变得特别明显。事实上，几乎所有的生态模式都依赖于规模。这种规模依赖性阻碍了我们的预测能力，并在我们的推理中产生了问题。这一挑战要求对生态模式如何以及为什么在不同尺度上发生变化有一个清晰和根本的理解。正如西蒙·莱文（Simon Levin）在他的麦克阿瑟奖演讲中所说的那样，跨尺度的现象关联问题是生态学和其他自然科学的核心问题。很明显，目前生态学和复杂性科学正在推动开发适合于分析和预测生态系统模式的新的定量方法。在这里，我提供了一个路线图，为未来的工作在生态学中的尺度模式，旨在（i）收集和排序的各种生态模式，（ii）提出这些模式如何在空间和时间尺度上变化的主要参数形式，（iii）检测的过程和机制，使用数学模型，最后（iv）探索这些尺度模式的物理意义。该路线图分为三个部分，涵盖了生态学中三个主要的尺度概念：异质性，层次结构和大小。以尺度为主线，这张路线图及其后续作品将生态尺度模式的万花筒编织成一个有凝聚力的整体。
2013-10-08 q-bio.PE
Linking statistical and ecological theory: Hubbell's unified neutral theory of biodiversity as a hierarchical Dirichlet process
中性模型假设物种之间的生态等价性，为群落组装提供了零模型。在哈贝尔的生物多样性统一中性学说〈动〉<动>（UNTB）中，许多地方社区通过不同的移民率与单一的元生态性联系在一起。我们的能力，以适应全面的多站点UNTB迄今为止一直受到限制，缺乏一个计算上易于处理和准确的算法。我们发现，一个大类的中性模型，这种大陆岛屿结构，但不同的当地社区动态收敛在大人口限制的层次狄利克雷过程。使用这种近似，我们开发了一个有效的贝叶斯拟合策略的多站点UNTB。我们还可以使用这种方法来区分给定非中立元属性分布的中立本地社区组装和元属性也中立组装的完整UNTB。我们将这种拟合策略应用于热带树木和包含来自278个人类肠道微生物组的570，851个序列的数据集。热带树木数据集与UNTB一致，但在整个社区层面上拒绝了人类肠道中性。然而，当我们将该算法应用于同一分类群内不同级别的分类分辨率的肠道微生物物种时，我们发现某些属内的物种丰度几乎与当地社区组装一致。在更高的分类级别上，情况并非如此。这表明肠道微生物群比宏观生物更强烈的生态位限制，不同的群体采用不同的功能角色，但在这些群体的多样性可能至少部分地保持中立。我们还观察到，在家庭Ruminococcaceae内的体重指数和移民率之间的负相关性。
2020-09-13 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
Effect of delay on the emergent stability patterns in Generalized Lotka-Volterra ecological dynamics
理解生态系统的可行性和稳定性条件是理论生态学的一个重大挑战。开创性的工作5月在1972年和最近的事态发展的基础上理论的随机矩阵已经表明存在的紧急普遍模式的稳定性和可行性的生态动力学。然而，只有少数研究调查的作用，延迟加上种群动力学的出现可行的和稳定的状态。本文研究了时滞对封闭生态环境中多个相互作用种群的广义Loka-Volterra种群动力学的影响。首先，我们调查的可行性和稳定性之间的关系，在没有延迟的情况下，模拟的生态社区，并找到一个简单的分析关系时，种内相互作用占主导地位。然后，我们展示了如何，通过增加时间延迟，有一个过渡的稳定阶段的种群动力学：从平衡状态到一个稳定的非点吸引相。我们分析计算的临界延迟的过渡，并表明它是在很好的协议与数值模拟。最后，我们引入了一个措施的稳定性，保持了平衡动力学，我们表明，在振荡制度引起的延迟稳定性增加增加生态系统多样性〈动〉<动>。
2021-10-22 physics.bio-ph q-bio.PE
Stability of Degree Heterogeneous Ecological Networks
生态稳定〈动〉<动>的一个经典测量方法描述了群落在小扰动后恢复平衡的趋势。虽然许多进展表明这些社区的网络结构如何严重限制这种趋势，但这些进展中很少有解决网络结构最基本的属性之一：具有不同数量链接的节点之间的异质性。在这里，我们系统地探讨这种性质的“程度异质性”，并发现其对稳定性的影响系统地不同类型的种间相互作用。度异质性在具有竞争性和互利性相互作用的生态网络中总是不稳定的，而它对食物网等捕食者-猎物相互作用网络的影响取决于猎物的邻近性，即，物种在群落生态位空间中消耗一系列完整猎物的程度。增加程度的异质性稳定的食物网，除了那些最接近。这些发现有助于解释以前无法解释的观察结果，即食物网高度但不完全连续，更广泛地说，加深了我们对复杂生态网络稳定性的理解，对其他类型的动力系统具有重要意义。
2015-06-05 physics.soc-ph 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
Allometry and Dissipation of Ecological Flow Networks
生态流网络是一个加权有向图，其中节点是物种，边是“谁吃谁”的关系，权重是物种之间的能量或养分转移速率。异速生长标度是河流流域、血管网和食物网等流动系统的普遍特征。利用“生态网络分析”方法，可以直接在原始的流动网络上揭示隐含的异速生长，而不需要切割边缘。另一方面，耗散律，这是另一个重要的标度关系之间的能量耗散（呼吸）和任何物种的通流也被发现在收集流网络。有趣的是，异速生长定律（$η$）和耗散定律（$γ$）的指数对于经验和模拟的流动网络都有很强的联系。异速生长指数$η$最重要的成分是耗散律指数$γ$，而不是网络的拓扑结构。通过将$η$重新解释为物种对整个网络沿所有能量流动路径的影响（直接和间接影响）的不平等性，而不是能量传输效率，我们发现，随着$γ$的增加，大节点（具有高通流）的相对能量损失增加，$η$减小，整个流动网络的不平等性以及大物种的相对重要性减小。因此，流动结构和热力学约束是联系在一起的。
2013-02-23 physics.bio-ph q-bio.PE
Skewed weak and Pareto-tailed strong interactions accompany community diversity and complexity
The University of Tokyo（东京大学）；Osaka University（大阪大学）；Hiroshima University（广岛大学）
研究揭示了群落中弱相互作用和强相互作用的分布特征，发现其遵循倾斜弱和帕累托尾分布，并探讨了这种分布与群落多样性和复杂性之间的关系。
2026-05-17 nlin.AO 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
Novel community data in ecology -- properties and prospects
本文综述 eDNA、声学与光学传感器等新型群落数据的特性，指出其与生态模型整合不足，并重点讨论联合物种分布模型、可回答的新生态问题及保护政策意义。
2024-01-19 q-bio.PE
Unraveling the temporal dependence of ecological interaction measures
Dipartimento di Fisica e Astronomia Galileo Galilei, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学伽利略·伽利莱物理与天文系）
研究物种相互作用网络对理解生态系统稳定性和生物多样性至关重要。通过分析成对相互作用度量的时间行为，发现其波动和生态角色转变可由标准种群动态内在产生。还揭示实验协议选择会造成偏差，提出减轻偏差的机制及解释相互作用矩阵的方法。
2026-07-07 physics.bio-ph 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
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
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
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
Nested species interactions promote feasibility over stability during the assembly of a pollinator community
生态群落持久性背后的基本概念基于两个生态特性：动态稳定性和可行性。前者通常被认为是群落在物种丰度扰动后恢复到原始平衡状态的能力，通常与种间相互作用的强度有关。后者是维持其所有组成物种的正丰度的能力，并与种间相互作用和物种的人口特征有关。在过去的40年里，生态学的理论研究一直强调寻找导致生态群落动态稳定性的条件，而导致可行性的条件却被忽视了。然而，到目前为止，我们还没有证据表明物种之间的相互作用是否更多地受到群落稳定或可行性需求的制约。在这里，我们引入新的定量方法，并使用经验数据来调查物种相互作用的动态稳定性和可行性的互惠社区的后果。首先，我们证明了越嵌套的物种在一个社区的相互作用，较低的互惠强度，社会可以容忍而不失去动力学稳定性。第二，我们表明，在一个社区的高可行性，可以达到高互惠强度或高度嵌套的物种相互作用。第三，我们发现，在位于Zackenberg研究站（格陵兰岛东北部）的季节性传粉昆虫群落的组装过程中，通过新来者和居民物种之间建立的嵌套物种相互作用达到了很高的可行性。我们的研究结果表明，嵌套互惠社区促进稳定的可行性，这可能表明，前者可以是社区持久性的关键。
2016-01-20 physics.pop-ph q-bio.PE q-bio.QM
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
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
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
Approximate message passing for block-structured ecological systems
Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；Université Gustave Eiffel（古斯塔夫埃菲尔大学）
针对具有方差和相关性剖面的随机非对称相互作用矩阵的广义Lotka-Volterra系统，利用近似消息传递方法推导出平衡丰度分布的固定点方程，并揭示块结构对物种持久性和群落稳定性的非局部影响。
2026-06-29 math.PR q-bio.PE
When can few-species models describe dynamics within a complex community?
该研究理论分析嵌入稀疏相互作用复杂群落中的焦点物种，给出两种依赖有效参数的少变量近似方法，并阐明其何时可准确还原真实动态。
2024-09-10 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
Scaling the human niche
本文通过宏观生态标度理论构建人类生态位框架，揭示了代谢、认知、社会性与计算等维度的标度律如何驱动人类社会复杂化，为可持续发展与未来生态位扩张提供定量依据。
2025-06-26 q-bio.PE
An analytical framework to unify ecological and engineering resilience near critical transitions
Sorbonne Université（索邦大学）；École polytechnique（巴黎综合理工学院）
提出一个理论框架，利用规范形理论推导出分岔诱导临界转变附近韧性指标的标度律，揭示不同韧性指标的内在联系，并通过三个代表性模型验证。
2026-06-15 q-bio.PE
Robust permanence for ecological maps
我们考虑$X_{t+1}^i =X_t^i A_i(X_t)$形式的生态差分方程，其中$X_t^i$是对应于物种$i$的亚群（例如不同年龄或生活在不同斑块中的亚群）的密度向量，$X_t=(X_t^1,X_t^2,\dots,X_t^m)$是整个群落的状态，$A_i(X_t)$是确定物种$i$更新规则的矩阵。如果这些方程是耗散的，并且消光集$\{X: \prod_i \|X^i\|=0\}$是排斥的，则它们是永久的。若方程在矩阵$A_i(X)$的扰动下持续持久，则方程是鲁棒持久的.利用灭绝集上不变测度的李雅普诺夫指数给出了鲁棒持久的充分和必要条件.生态和流行病学模型的应用。
2016-03-16 math.DS 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
Generic Criticality in Ecological and Neuronal Networks
我们研究了两种模型的生物网络与纯粹的抑制性相互作用的单位之间的动态;物种通过生态位竞争和神经元通过抑制性突触耦合相互作用。在这两种情况下，幂律标度的状态密度与概率出现没有任何微调的模型参数。这些结果反驳了越来越流行的观点，即非平衡生命系统在特殊的临界点运行，由进化驱动，以便能够对输入数据进行自适应处理。
2015-08-10 cond-mat.dis-nn q-bio.NC q-bio.PE
Predicting trophic relations in ecological networks: a test of the Allometric Diet Breadth Model
很少有食物网〈动〉<动>理论的假设/预测可以很容易地用经验数据来检验。一个例外是由简单的概率模型食物网〈动〉<动>结构，其可能性已被推导出来。在这里，我测试的性能更复杂的模型食物网〈动〉<动>结构，是接地的异速生长缩放的相互作用与身体大小和最佳觅食理论（异速生长饮食宽度模型- ADBM）。这种确定性模型已被评估测量正确预测的营养关系的分数。我将此值与基于身体大小的简单模型产生的值进行对比，发现数据并不有利于更复杂的模型：异速生长缩放和最佳觅食的信息并没有显着增加数据的拟合。此外，我采取了不同的方法，并计算的p值的营养相互作用的ADBM正确预测的比例相对于三个概率空模型。我发现ADBM在预测链接方面显然比随机图更好，但其他模型可以做得更好。虽然最佳觅食和异速生长缩放可以提高我们对食物网的理解，但模型需要改进以找到数据的支持。
2009-11-10 q-bio.PE q-bio.QM
Dispersal limitation and roughening of the ecological interface
有限的扩散距离，无论是与营养生长或本地化的繁殖，诱导空间集群，反过来，重点生态相互作用在邻里规模。特别是，大多数入侵植物是克隆的，通过营养繁殖聚集，并在当地竞争。扩散限制意味着入侵物种的扩散是随着入侵物种和常驻物种之间的生态界面的发展而发生的。沿界面的种间竞争产生的侵入性生长的程度的随机变化。这些随机波动的发展，称为随机粗糙化，往往会结构的界面作为一个自仿射分形;一系列的幂律标度关系如下的结果。对于一个多样化的阵列的本地增长过程表现出向前和横向传播，入侵者前进的程度成为空间相关的沿界面，和界面的宽度（入侵者和居民直接竞争的区域）增加作为时间的幂函数。一旦粗糙化在统计上达到平衡，界面宽度和最先进的入侵者（“领跑者”）的位置超出平均入侵都应增加作为界面长度的幂函数。为了测试这些预测，我们通过实验让白三叶草（三叶草）入侵黑麦草（多年生黑麦草）。空间相关性的发展，如预期的那样，界面宽度和领跑者的领先比例作为一个长度的幂律。然而，标度指数不同，可能是三叶草的生长形态的结果。动力学粗糙化理论提供了一个新的框架，了解物种间相互作用的空间格局的原因和后果，并指出当界面措施在局部尺度预测扩展的空间尺度上的入侵锋的属性。
2014-03-18 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
A multiscale theory based on metabolic scaling connects forest dynamics to tree-size distributions
University of Padova（帕多瓦大学）；Department TESAF, University of Padova（帕多瓦大学TESAF系）；National Biodiversity Future Center（国家生物多样性未来中心）；Laboratory of Interdisciplinary Physics, Department of Physics and Astronomy “G. Galilei”, University of Padova（帕多瓦大学伽利略物理与天文学系跨学科物理实验室）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Padova（帕多瓦大学土木、环境与建筑工程系）；CMCC Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici（欧洲地中海气候变化研究中心）
该研究开发结合代谢缩放原理的空间显式森林群落动力学框架，推导树大小分布解析解，揭示其稳态幂律 regime 特征，建立大小分布缩放指数与森林状况的关联，为森林缩放规律提供统一动力学视角。
2026-08-13 physics.bio-ph q-bio.PE
Seasonal species interactions minimize the impact of species turnover on the likelihood of community persistence
许多观察到的物种相互作用嵌入在生态群落不是永久性的，但其特点是随着非生物和生物变异观察到的时间变化。虽然工作已经完成描述和量化这些变化，很少有人知道它们对物种共存的后果。在这里，我们调查物种组成的变化在多大程度上影响的可能性，持久性的捕食者-猎物社区在高度季节性的Bialowieza原始森林（波兰东北部），以及在何种程度上季节性变化的物种相互作用（捕食者饮食）调制预期的影响。这种可能性估计扩展最近的事态发展的结构稳定性的研究在生态群落。我们发现，观察到的物种营业额强烈变化的可能性，夏季和冬季之间的社区持久性。重要的是，我们表明，所观察到的季节性相互作用的变化，最大限度地减少与物种营业额在一年中的持久性的可能性的变化。我们发现，这些社区动态可以解释为耦合的个别物种，他们的环境，最大限度地减少持久性条件的变化和季节之间的相互作用的变化。我们的研究结果提供了一个稳态的解释季节性物种的相互作用，并建议，监测协会的相互作用变化与社区动态的变化水平，可以提供一个很好的指标物种对环境压力的反应。
2016-01-20 physics.data-an q-bio.PE q-bio.QM
Demographic noise in complex ecological communities
本文构建随机相互作用的基于个体生态群落模型，研究人口噪声导致的灭绝，发现相互作用越复杂通常越不易灭绝，但纯捕食者—猎物系统虽在确定性模型中稳定却格外脆弱。
2022-07-08 cond-mat.dis-nn 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
Disentangling co-occurrence patterns in n-partite ecosystems
协调生态系统中显然不可调和的安排-嵌套和隔离-的需要迄今为止引发了不同的战略。方法上的改进，或包括行为偏好的网络动态提供了一个有限的方法来解决这个问题，因为一个仍然限制在一个生态系统的二维视图，即存在-不存在矩阵。在这里，我们质疑这种局部观点的范式，并表明嵌套和隔离可能共存于各种场景。要做到这一点，我们依赖于一个放大的生态社区的$n$ -partite超图，启发Hutchinson的高维生态位概念和生态多层网络的最新趋势。这产生了一个包容性的描述生态系统，我们开发了一个自然的扩展嵌套的定义更大的维度空间，揭示了如何竞争性排斥可能会运作，无论一个高度嵌套的二分系统。
2018-07-12 nlin.AO physics.bio-ph physics.soc-ph
Synchronization within synchronization: transients and intermittency in ecological networks
瞬变是生态系统的基础，对管理、保护和生物控制具有重要意义。我们发现了一种类型的瞬态同步行为的空间生态网络的局部动力学是混沌的，捕食者-猎物类型。在所有片之间存在相位同步的参数状态中，完全同步（即，相位和幅度的同步）可以出现在由网络对称性确定的某些贴片对中-此后称为“同步中的同步”现象。“完全同步的不同模式共存，但由于内在的不稳定性或噪声，每个模式都是瞬态的，在时间演化过程中，模式之间存在随机的间歇性切换。瞬态时间的概率分布遵循代数标度律，平均瞬态寿命发散。基于对称性的考虑，我们开发了一个稳定性分析来理解这些现象。对称性的一般原理也可以用来解释以前发现的生态网络中违反直觉的同步行为。
2020-11-20 math.DS nlin.CD 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
Synchronization and chaos in complex ecological communities with delayed interactions
本文提出通用框架，揭示外部环境因素导致物种间延迟相互作用，并利用广义Lotka-Volterra方程分析记忆效应，发现其可产生同步振荡，负相关互作下仅延迟即可诱发混沌，为生态复杂性提供新见解。
2025-03-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech math.DS
Ecological Invasion, Roughened Fronts, and a Competitor's Extreme Advance: Integrating Stochastic Spatial-Growth Models
群落生态学和保护生物学都寻求进一步了解控制入侵物种前进的因素。我们将生物入侵建模为二维景观上的基于个体的随机过程。一个生态优越的入侵者和一个定居物种抢先争夺空间。我们的通用模型包括基本接触过程和Eden模型的变体作为特例。我们采用的概念，“粗糙化”前量化的离散性和随机性的影响，入侵，我们强调的概率分布的领跑者的相对位置。也就是说，我们分析的位置最先进的入侵者的极端偏差的前的平均位置。我们发现，一类模型与不同的假设邻域相互作用表现出普遍的特点。也就是说，入侵动态的关键特征跨越一类模型，独立于当地详细的人口统计规则。我们的研究结果整合了入侵空间增长的理论，并产生了新的假设，将栖息地或景观大小（入侵前沿的长度）与入侵速度联系起来，并与最先进的入侵者的相对位置联系起来。
2010-07-09 cond-mat.stat-mech 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
Spatial Scaling in Model Plant Communities
我们提出了一个易于分析的变体的选民模型，提供了一个定量准确的描述β多样性（两点相关函数）在两个热带森林。该模型具有新颖的缩放行为，导致生态措施，如相对物种丰度和物种面积关系之间的联系。
2005-08-24 q-bio.PE q-bio.QM
