《基於能量驅動的物種演化網路的演化機制與動力學研究》是依託上海師範大學，由蘇桂鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於能量驅動的物種演化網路的演化機制與動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蘇桂鋒
- 依託單位：上海師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複雜網路的理論和方法在流行病傳播、社會群體行為等多個領域的研究中有著廣泛套用。在生態系統的研究中，物種的演化展現出自組織臨界行為，這被歸因於物種間的相互作用。複雜網路的方法也在研究物種的相互作用對物種演化的影響方面取得許多重要成果。但以往的研究忽略了真實生態系統與外界的能量交換對生態系統演化的影響，例如初級生產者的光合作用為整個生態系統的維持獲取能量。本項目利用複雜網路理論和方法，通過引入能量輸運的機制以及物種營養級的概念來確定物種的適應度壁壘，深入分析刻畫物種共同演化的Bak-Sneppen模型在外部能量輸入條件下的適應度壁壘分布和臨界點的存在性等性質，旨在闡明生態系統中物種隨外界環境改變而發生演化的自組織機制。本項目以新的角度研究生態系統的演化，為人們對物種發生種化的機制和生態多樣性的形成過程提供深層次認識。研究結果也可以為其他類似的問題提供參照。
結題摘要
物種多樣性的基礎源於基因多樣性。然而基因量的大小與物種的複雜程度之間並不呈現嚴格的對應關係，一般認為這是由於基因組中有大量非編碼基因的存在。利用C值可以刻畫基因量的大小，通過獲取物種的C值數據可以觀察到已知物種的C值分布近似呈現為冪律形式。為了嘗試從微觀機制角度闡明C值分布及C值反常現象，本項目基於自組織臨界性的Bak-Sneppen模型，在模型演化中考慮變異過程中可能發生的隨機突變和基因重組，在數值模擬中重現了近似於真實C值分布的結果；從數值模擬中還可以觀察到每個物種的基因組中除了具有較大適應度權重的基因外，還有大量的具有小適應度權重的基因，這在一定程度上呈現了C值反常現象。本項目的研究提供了一種從物種相互作用的微觀演化角度理解物種基因量分布和C值反常的方法。 生態系統中的能量輸運可以用粒子輸運的Zero-Range Process過程來刻畫，在本項目的研究中發現無標度網路結構中的Zero-Range Process過程存在有限尺度效應，我們從理論和數值模擬兩方面說明了穩態和弛豫過程中該有限尺度效應存在特定標度關係。此外，我們還發現無標度網路結構中的Zero-Range Process過程的相結構同樣會在引入節點適應度的異質性後受到影響，在具有適應度異質性的情況下將更容易觀察到凝聚相的出現。這部分研究工作為人們進一步理解有限尺度和受到節點異質性影響下的複雜結構輸運過程提供了幫助。
