Evolutionary ecology in-silico:evolving foodwebs, migrating population and speciation
我们通过考虑同一生态系统中生物体从一个“斑块”到另一个“斑块”的可能运动，概括了我们的进化生态学的“统一”模型。我们对生态系统的空间扩展进行建模（即，地理学）由一个正方形网格组成，每个站点对应一个不同的“补丁”。一个自组织的等级食物网〈动〉<动>描述了生态系统中的捕食者-食饵关系。同一种在不同斑块的食性〈动〉<动>相同，但繁殖特征不同。通过进行计算机模拟到$10^9$时间步长，我们发现，根据参数集的值，物种的寿命分布可以是指数或幂律的组合。我们的“统一”模型的其他一些特征对生物体的迁移是强大的。
2004-03-27 q-bio.PE q-bio.QM
Stationary distribution approximations of Two-island Wright-Fisher and seed-bank models using Stein's method
本文利用Stein方法为带突变的两岛Wright-Fisher模型和种子库模型提供平稳分布近似定理，给出显式误差界，并依据突变与迁移相对大小选择双岛扩散或beta分布近似。
2024-05-29 math.PR q-bio.PE
The Generalised Isolation-With-Migration Model: a Maximum-Likelihood Implementation for Multilocus Data Sets
物种形成过程的统计推断往往是基于隔离与迁移（IM）模型，特别是当研究的目的是了解存在或不存在的基因流在分歧。本文介绍的广义IM模型扩展了标准的两个人口IM模型和隔离与初始迁移（IIM）模型，并包括这两个模型的特殊情况。它可以被描述为一个两种群IM模型，其中迁移率和种群规模允许在过去的某个时间点发生变化。通过开发这个GIM模型的最大似然实现，我们能够推断两个密切相关的物种之间的基因流的历史和当代的速度。我们的方法依赖于合并生成矩阵的谱分解，并且适用于由大量独立位点中的每一个处的一对DNA序列之间的核苷酸差异的数目组成的数据集。
2016-02-04 q-bio.PE stat.AP
A Survey on Migration-Selection Models in Population Genetics
本次调查的重点是离散生态位之间的选择和迁移的人口遗传模型的数学理论的最重要的方面。如果与环境变化的规模相比，扩散距离很短，或者如果生境是支离破碎的，则这种模型是最合适的。这种模型的总体目标是研究种群细分和亚种群间基因流动对遗传变异数量和模式的影响。只处理确定性模型。由于空间是离散的，它们可以用非线性差分或微分方程系统来表示。一个中心议题是在选择和迁移模式的各种假设下探索平衡和稳定结构。另一个重要的，密切相关的主题是关于完全多态（内部）均衡的条件（必要或充分）。首先，阐述了具有两个或多个等位基因的单基因座模型的理论。然后，主要是最近的发展，多轨迹模型。最后，作为一个应用程序，分析和结果的一个明确的两个位点模型出现的物种形成理论。
2013-09-10 math.DS q-bio.PE
Looking for the right mate in diploid species: how dominance relationships affect population differentiation in sexual trait?
种群之间对某一特定性状的差异可能是自然选择或性选择与移徙行为相互作用的结果。对不同表型的交配偏好可以导致分化种群的出现和持续。编码不同表型的等位基因之间的优势可以干扰这样的过程。使用二倍体模型的性状决定交配成功率和迁移率，我们探讨了两个相连的人口之间的分化，假设等位基因之间的共显性或严格显性。该模型假设个体更喜欢与表现出相同表型的伴侣交配，因此当他们自己的表型罕见时，倾向于转移到另一个群体。我们发现，在这个二倍体模型中分化的群体的出现是有限的，与假设单倍体相同的模型所获得的结果相比。在假定共同支配的情况下，只有当移徙与偏好相比受到限制时，才会出现分化。当假设单倍型之间存在严格的优势时，这种分化较少依赖于迁移。显性等位基因经常侵入种群，因为它们的表型更频繁地表达，导致更高的交配成功率和迁移的快速减少。然而，取决于等位基因的初始分布，这种优势与显性（即哈勒氏筛）可能会导致固定的显性等位基因在整个两个群体。根据杂合子的初始分布，群体内多态性的持续存在也可能发生，因为表现出优势表型的杂合子受益于交配偏好。总之，我们的研究结果强调，杂合子的行为有很大的影响，人口分化和应力的二倍体模型的分化和物种形成驱动的自然和性选择的需要。
2018-01-23 q-bio.PE
Evolution of Variance in Offspring Number: the Effects of Population Size and Migration
Gillespie（1974）指出，如果两个基因型在每代中产生相同的平均后代数，但具有不同的方差，则方差较小的基因型将具有较高的有效适合度。具体地说，有效适应度是W（effective）=w-var/N，其中w是平均适应度，var是后代数量的方差，N是总种群大小。该模型还预测，如果一个策略具有比竞争对手更高的算术平均适应度和更高的方差，则选择的结果将取决于种群规模（较大的种群规模有利于高方差，高平均基因型）。这表明，对于集合种群与大量（相对）小demes，一个策略，较低的方差和较低的平均值可能是有利的，如果迁移率低，而较高的迁移率（符合一个较大的有效种群大小）有利于相反的策略。基于个人的模拟证实，这确实是一个岛屿模型的迁移的情况下，虽然迁移的影响有很大的不同，这取决于迁移之前或之后的选择。在附录中注意到，虽然Gillespie 1974似乎确实在理论上是准确的，但不清楚有效适应度的定义是否来自他的推导。
2005-01-26 q-bio.PE
A fast method to estimate speciation parameters in a model of isolation with an initial period of gene flow and to test alternative evolutionary scenarios
我们考虑一个模型的“隔离与初始阶段的迁移”（IIM），其中祖先人口瞬间分裂成两个后代人口交换移民对称在一段时间内，但现在是完全相互隔离。使用Wilkinson-Herbots（2012）中获得的似然性的显式分析表达式，对由大量独立基因座中的每个基因座处的两个DNA序列之间的核苷酸差异的数量组成的数据，实施模型参数的最大似然估计方法。该方法证明了一个大的DNA序列数据集从两个物种的果蝇，以及模拟数据。该方法非常快，对于由来自10，000个基因座的序列对之间的差异数量组成的数据集，在不到1分钟内返回参数估计值，或者如果所有基因座被修剪到相同的估计突变率，则在一秒的一小部分内返回参数估计值。它还说明了如何最大化的可能性可以用来快速区分竞争模型描述替代的进化方案，无论是通过比较AIC分数或通过似然比测试。本实现是针对模型的简单版本，但各种扩展是可能的，并简要讨论。
2015-11-17 q-bio.PE q-bio.QM stat.AP
The concerted emergence of well-known spatial and temporal ecological patterns in an evolutionary food web model in space
生态系统在空间和时间上表现出多样性的特征模式。找到能够重现和解释观察到的模式的模型对理论来说是一个挑战。自岛屿地理学出现以来，这些模型围绕着物种形成、扩散和灭绝，但它们通常忽略了营养结构。在这里，我们提出并研究了一个空间扩展的进化食物网〈动〉<动>模型，使我们能够研究大型空间系统的几个营养层。我们的计算机模拟表明，该模型同时产生了几个生物多样性模式在空间和时间上，从物种丰度分布的地理范围的盈亏。我们发现，在网络中的营养位置起着至关重要的作用，当涉及到范围大小的时间演变，因为营养环境限制了物种的发生和生存，特别是在较高的营养水平。
2019-10-18 q-bio.PE
A decomposable branching process in a Markovian environment
一个种群有两类个体，每一类占据一个岛屿。其中之一，类型1的个体生活，提供了一个可变的环境。2型个体居住在另一个岛上，在一个恒定的环境中。只有单向迁移（1->2）是可能的。我们研究了临界和次临界情形下生存概率的渐近性。
2012-12-18 math.PR q-bio.PE
How does geographical distance translate into genetic distance?
地理结构可以影响遗传分化和物种形成率的模式。在这篇文章中，我们调查的动态遗传距离的地理结构集合种群。我们将集合种群建模为加权有向图，其中d个顶点对应于根据基于个体的模型进化的d个子种群。遗传距离的动力学则由两种类型的转换-突变和迁移事件控制。我们表明，在一个罕见的突变-罕见的迁移制度，内部亚种群多样性可以忽略不计，我们的模型可以近似为一个人口为基础的模型。我们发现，在一个大的人口-大量的位点限制，两个亚群之间的遗传距离收敛到一个确定性的数量，可以渐近地表示在两个随机游走的集合种群图之间的命中时间。结果表明，两个亚种群间的遗传距离不仅取决于它们之间的直接迁移率，而且取决于整个集合种群的结构。
2018-09-26 math.PR q-bio.PE
The consequences of gene flow for local adaptation and differentiation: A two-locus two-deme model
我们考虑一个种群被细分为两个由迁移连接的种群，在这两个种群中，选择起相反的作用。我们采用一个确定性模型，在两个连锁的双等位基因位点（即，无显性或上位性）。对于以下情况下，我们明确描述可能的平衡配置：弱，强，高度不对称，超对称迁移，没有或弱重组，独立或强重组位点。对于独立的位点（连锁平衡）和完全连锁的位点，我们推导出可能的分叉模式作为总迁移率的函数，假设所有其他参数是固定的，但任意的。对于这些和其他情况下，我们分析确定的最大迁移率低于一个稳定的完全多态性的平衡存在。在这种情况下，保持分化和局部适应。它们的程度分别通过新的多位点版本的$\Fst$和迁移负荷来量化。此外，我们调查了当地有益的突变体的入侵条件，并表明，连接到一个位点，已经在迁移选择平衡促进入侵。因此，如果连锁足够紧密，影响小得多的基因座可以比单基因座理论预测的更容易侵入。我们研究如何承认入侵的最低数量的链接取决于迁移模式。这表明出现了局部有益突变的集群，可能形成“基因组差异岛”。最后，探讨了连锁和双向迁移对连锁中性位点有效迁移率的影响。数值工作补充了我们的分析结果。
2013-03-06 q-bio.PE
The effect of gene flow on coalescent-based species-tree inference
大多数目前的方法推断物种水平下的结合模型假设，没有基因流发生后的物种。虽然一些研究已经研究了基因流对某些方法的估计准确性的影响，但已经进行了有限的分析工作来直接评估基因流在物种遗传学中的潜在影响。在本文中，我们考虑了一个三分类群隔离与迁移模型，允许姐妹分类群之间的基因流在一个短暂的时期后形成，以及整个树的有效种群大小的变化。在此模型下，我们推导了三种基因树拓扑结构的概率，并表明，对于基因流和有效种群大小参数的某些选择，异常基因树（即，与物种树不一致但比与物种树一致的基因树具有更高概率的基因树）存在。我们的参数空间的区域产生异常树的特征，并表明，与物种树是一致的基因树的概率可以是任意小的。然后，我们表明，SVDQuartets方法在理论上是有效的姐妹类群之间的基因流模型。我们研究了它的性能模拟数据，并将其与其他两种常用的物种树推理方法，ASTRAL和MP-EST进行比较。模拟结果表明，ASTRAL和MP-EST可以是统计不一致的基因流时，而SVDQuartets表现良好，虽然大样本量可能需要某些参数的选择。
2017-10-10 q-bio.PE
Population genetics on islands connected by an arbitrary network: An analytic approach
我们分析了一个模型组成的人口的个人细分成一组有限的demes，其中每个人都有一个固定的，但不同数量的个人。个体可以按照任意的迁移网络在族群之间繁衍、死亡和迁移。它们是单倍体，在种群中存在两个等位基因;频率独立选择也被纳入，其中选择的强度和方向可以因种群而异。该系统被表述为基于个体的模型，并系统地应用扩散近似将其表达为一组非线性耦合随机微分方程。这些可以通过消除快时间变量来进行分析。在多种情况下分析了由此产生的简化模型，包括导致两个等位基因多态性平衡的迁移选择平衡，以及在网络是简单的情况下种群细分如何导致非平凡行为的说明枢纽。我们开发的方法是系统的，可以应用于任何网络，并同意在所有情况下的模拟结果研究和广泛的参数值。
2014-02-11 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A generalized model of island biodiversity
研究了从一个静态区域池中迁移的竞争物种的局部群落的动态。通过引入人口统计噪声的广义竞争洛特卡-沃尔泰拉模型，得到了一个包含四个不同阶段的丰富的动力学结构.当整体物种间竞争较弱时，岛屿物种是大陆物种的样本。对于较高的竞争参数值的系统仍然承认一个平衡的社区，但现在的一些大陆物种在岛上缺席。竞争的进一步增加导致了一个间歇性的“混乱”阶段，其中的动态是由物种的入侵组合控制和周转率是由迁移。最后，强竞争相是玻璃态的，主要由不可侵入的状态和噪声诱导的转变。我们的模型包含，作为一个空间的情况下，著名的中性岛理论的威尔逊-麦克阿瑟和哈贝尔。此外，我们表明，从完美的中性轻微的偏差可能会导致每个阶段，哈贝尔点似乎是二次临界。
2014-08-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Geometry and stability of species complexes: larger species speciate less often
Faculty of Mathematics, University of Vienna（维也纳大学数学系）
研究物种复杂体结构动态，探讨种群规模对物种结构连贯性的影响，发现更大种群中物种更连贯、传递性和均匀性增强，需存在地理或选择限制以促进谱系形成。
2026-03-24 math.PR q-bio.PE
Topography, climate, land cover, and biodiversity: Explaining endemic richness and management implications on a Mediterranean island
Natural History Museum of Crete, University of Crete（克里特大学克里特自然历史博物馆）；Open University of Cyprus（塞浦路斯开放大学）
本研究利用人工神经网络模型分析克里特岛特有植物丰富度的驱动因素，发现总物种丰富度、海拔范围和气候变异性是最强预测因子，并据此提出优先保护山区和气候多变区域的保护规划框架。
2025-11-05 cs.LG q-bio.PE stat.OT
Stochastic viability in an island model with partial dispersal : Approximation by a diffusion process in the limit of a large number of islands
King Fahd University of Petroleum and Minerals（国王法赫德国立石油与矿物大学）；University of Montreal（蒙特利尔大学）
本文研究部分扩散岛屿模型中随机生存力对固定概率的影响，通过大量岛屿极限将离散时间马尔可夫链近似为扩散过程，揭示了生存力方差、均值及迁移率如何共同决定单个突变体的固定概率。
2023-11-01 q-bio.PE
Efficient Maximum-Likelihood Inference For The Isolation-With-Initial-Migration Model With Potentially Asymmetric Gene Flow
迁移隔离（IM）模型是利用多态性数据推断物种形成过程中基因流存在的常用工具。然而，Becquet和Przeworski（2009）报告说，通过拟合IM模型获得的参数估计值对模型的假设非常敏感，包括到目前为止恒定基因流的假设。本文关注的是Wilkinson-Herbots（2012）的初始迁移隔离（IIM）模型，该模型恰恰放弃了这一假设。在IIM模型中，一个祖先种群分为两个后代亚种群，在这两个亚种群之间有一个初始的基因流动期和随后的隔离期。我们得到一个快速的方法来拟合的IIM模型的扩展版本，它允许不对称的基因流和不平等的亚群大小。这是一种最大似然方法，适用于观察大量独立基因座的DNA序列对之间的不同位点数。除了获得参数估计，我们的方法也可以用来区分替代模型代表不同的进化cenarios，通过似然比检验。我们举例说明了从大约30，000个基因座的果蝇序列对的程序。将模型的最复杂版本拟合到该数据集所需的计算时间仅为几分钟。适合IIM模型的代码可以在本文的补充文件中找到。
2016-01-14 q-bio.PE q-bio.QM stat.AP
A seed-diffusion model for tropical tree diversity patterns
用简单的格点模型对热带森林群落的树种多样性格局进行了模拟，并采用回溯法进行了Monte Carlo模拟。我们的空间显式中性模型是基于一个简单的统计物理过程，即种子的扩散。该模型有三个参数：物种形成率，所研究的树木社区嵌入的元社区的大小，和种子的平均存活时间。通过广泛的计算机模拟，我们的目的是复制相关的统计措施，从巴罗科罗拉多岛树木普查的实验数据在1995年。该模型的前两个参数被固定为已知值，所研究的社区的特征，从而获得一个模型，只有一个自由可调的参数。在此基础上，用种子平均存活时间这一参数同时拟合了研究区域内的平均物种数、物种相对多度分布、种-面积关系以及多度物种中个体的空间自相关函数。
2012-03-05 q-bio.PE
Two-type branching processes with immigration, and the structured coalescents
Instituto de Matemáticas, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学数学研究所）；Centro de Investigación en Matemáticas, A.C.（数学研究中心）
本文研究了两种类型个体在两个岛屿上的分支过程，通过两型Feller扩散模型探讨了频率变化，并推导了不对称两岛频率过程的性质及大种群极限，揭示了平衡选择的新机制。
2024-05-02 math.PR q-bio.PE
Darwinian purifying selection versus complementing strategy in Monte Carlo simulations
基因组内重组（交换）是一种非常重要的进化机制。交叉事件不是沿着自然染色体均匀分布的。Monte Carlo模拟表明，重组频率决定了染色体和基因组的进化策略。在大的群体中，在高重组率下，达尔文的纯化选择使缺陷基因的比例保持在相对较低的水平。在小群体和低重组率下，互补单倍型策略似乎更有利。两种策略之间的切换具有相变特性，它取决于近交系数和交叉率。临界重组率也取决于染色体的大小。也有可能，在一个基因组中，一些染色体可能处于互补状态，而另一些则处于纯化选择状态。这种情况稳定了基因组进化和繁殖策略。最近在岛民人口中发现的亲属关系与生育力之间的正相关关系，似乎就是这种现象造成的。当大种群被迫进入互补策略时，会出现同域物种形成现象。
2009-01-12 q-bio.GN q-bio.PE
Fast-mode elimination in stochastic metapopulation models
我们调查的随机动力学的实体被限制在一组岛屿，它们之间的迁移。他们被认为是两种类型之一，除了迁移，他们也繁殖和死亡。属于这一类的系统在生物学和社会科学中很常见，出现在生态学、群体遗传学、流行病学、生物化学、语言学、观点动力学和其他领域。在所有这些情况下的控制方程是棘手的，因为他们做的多维福克-普朗克方程，或等价地，耦合的非线性随机微分方程与乘性噪声。我们开发了一种方法，利用分离的时间尺度之间的快速和缓慢的变量，以减少这些方程，使它们类似于一个单一的岛屿，这是经得起分析。这项技术是普遍适用的，但我们选择在群体遗传学的背景下讨论它，部分原因是由于选择而出现的额外特征。该方法背后的想法是简单的，其应用系统，并在一系列参数值的完整模型的模拟结果非常吻合。
2014-04-01 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Sequential Markov coalescent algorithms for population models with demographic structure
本文在瓶颈、分化和两岛屿迁移模型中评估序贯马尔可夫溯祖算法，发现其通常近似良好，但在低基因流分隔种群抽样时会显著低估基因历史相关性。
2009-01-19 q-bio.PE
The effect of multiple paternity on genetic diversity during and after colonisation
本文通过 Littorina saxatilis 拓殖群岛模型表明，多重父权可显著提升拓殖期及迁移平衡时的杂合度，并增强远岛突变驱动的多样性波动，从而促进小种群建立与维持。
2012-11-05 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
