生物表型多樣性形成與喪失的進化動力學機制研究

《生物表型多樣性形成與喪失的進化動力學機制研究》是依託西安交通大學，由祖建擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：生物表型多樣性形成與喪失的進化動力學機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：祖建
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

理解生物表型多樣性的形成與變化機制是進化生物學研究中的一個核心問題。我們將在充分認識生物表型特徵進化多樣性基本特徵的基礎上，圍繞具有Allee效應的生態系統中種群表型特徵的共同進化、動態平衡生態系統中種群表型特徵的進化和擴散的進化幾個主題建立動力學模型。利用適應動力學理論、動力系統理論和計算機模擬等手段研究Allee效應、競爭方式、環境梯度和種間關係等生物因子對種群表型特徵進化的影響，分析模型產生分支和混沌的條件，闡明生態系統中生物表型特徵的進化分支現象、進化滅絕現象、周期進化現象和進化混沌現象；利用斑塊模型和積分運算元探索集合種群系統中種群擴散策略的進化模式，研究空間異質性和Allee效應等對擴散進化的影響，分析具有空間結構的種群產生進化分支的條件。相關研究結果可以幫助揭示生物多樣性的形成、維持與喪失過程及其動力學機制，為生物多樣性的研究提供數學模型和理論指導，為保護生態平衡提供定量參考。

結題摘要

生物多樣性是地球演化的獨特產物，是人類生產和生活中不可缺少的自然財富。我國既是生物多樣性特別豐富的國家，又是生物多樣性受到嚴重威脅的國家之一。因此，人們迫切需要知道生物多樣性起源、維持與喪失的動力學過程及其進化動力學機制，從而為生物多樣性的保育和決策提供科學依據。所以，研究生物表型多樣性形成與喪失的進化動力學機製成為進化生物學研究中的一個重大問題。 我們在充分認識典型生態系統中生物表型特徵進化多樣性基本特徵的基礎上，建立了捕食者和食餌種群的進化動力學模型。利用適應動力學理論、動力系統理論和數值模擬等方法，主要研究了Allee效應、競爭方式和種間關係等生物因子對種群表型特徵進化多樣性的影響，分析了捕食者和食餌種群產生進化分支和進化滅絕的生態條件和進化條件以及多同態種群長期進化穩定共存的條件，討論了Allee效應、共同進化和環境變化對種群產生進化分支和進化滅絕的影響。我們發現在最基本的一種捕食者一種食餌系統中，捕食者種群捕食能力的適應性進化能促進其產生進化分支；在非對稱相互作用下，捕食者和食餌種群的共同進化能促進他們產生進化多樣性；在兩種捕食者一種食餌系統中，食餌種群防禦能力的適應性進化促進了其產生進化多樣性；在三級營養食物鏈系統中，頂級捕食者種群促進了中間層捕食者種群產生進化多樣性。相關結果闡明了典型生態系統中生物表型特徵產生進化分支和進化滅絕的進化動力學機制。 我們的研究結果不僅揭示了典型生態系統中生物表型多樣性形成、維持與喪失的動力學過程及其進化動力學機制，而且為生物多樣性的研究提供了數學模型和理論指導，為保護生態平衡提供了科學依據和定量參考。有關方法和結果對病毒進化多樣性的研究也有移植或借鑑作用。