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进化动力学分析:突变个体在竞争压力下的适应性迁移策略
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更新于2024-07-16
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"王稳地的‘进化迁移的动力学分析I: 对竞争压力的响应’是首发论文,探讨了在生物进化中的迁移动力学模型,特别是突变个体如何应对竞争压力。" 文章深入研究了生物种群中进化和迁移的动态过程,特别是当存在突变个体时,它们如何适应和对抗环境中的竞争压力。作者王稳地,来自西南大学数学与统计学院,构建了一个数学模型来模拟因栖息地质量变化而引发的生物个体迁移行为。模型的核心在于突变个体如何通过进化策略在与原生个体的竞争中取得优势或劣势。 文章利用摄动方法(包括常规摄动和奇异摄动技术)解析了这一过程。这种技术常用于处理微小参数引起的复杂系统行为的变化,帮助科学家理解在竞争环境下,突变体如何逐渐调整其行为以适应环境。通过这种方法,作者揭示了突变个体在竞争中胜出或败北的进化策略。 此外,文章还借助持续生存理论探讨了突变个体与原生个体共存的可能性。在生物学中,持续生存是指一个物种或种群能够在特定环境中长期稳定存在而不灭绝的状态。作者建立的条件为分析两种个体群体之间的动态平衡提供了理论基础,这对于理解和预测生态系统中物种的演化和多样性具有重要意义。 关键词包括进化、迁移、共存、绝灭和摄动,表明该研究覆盖了生物动力学的多个关键方面。该研究不仅有助于深化我们对生物竞争和适应性的理解,也为生物保护和生态管理提供了理论支持。这项工作为生物学、生态学以及应用数学领域提供了一个有价值的理论框架,促进了对生物种群动态行为的深入探索。
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˖ڍመڙጲ
http://www.paper.edu.cn
Next, we consider the boundary equilibria and their stability of (2). E
0
= (0 , 0, 0, 0) is the
trivial equilibrium. To find other boundary equilibria, we consider
u
1
[r
1
− (a
1
+ m
1
)u
1
] + m
2
u
2
2
= 0,
u
2
[r
2
− (a
2
+ m
2
)u
2
] + m
1
u
2
1
= 0,
(4)
which gives the equilibrium of mutant population in the absence of resident population. One
can verify that (4) has a unique positive solution (u
10
, u
20
) (see, for example, [19, 26]). Thus,
(2) admits a boundary equilibrium E
1
= (u
10
, u
20
, 0, 0). Similarly, the following system
v
1
[r
1
− a
1
v
1
] − d
1
v
1
+ d
2
v
2
= 0,
v
2
[r
2
− a
2
v
2
] − d
2
v
2
+ d
1
v
1
= 0
(5)
has a unique positive solution (v
10
, v
20
). Thus, (2) admits another boundary equilibrium E
2
=
(0, 0, v
10
, v
20
).
Evidently, E
0
is a repeller. Recall that the stability modulus of an n ×n matrix J, denoted
by s(J ), is defined by
s(J) := max{Reλ : λ is an eigenvalue of J }.
Linearizing (2) at E
1
, we see that the stability of E
1
is determined by
J
1
=
r
1
− d
1
− a
1
u
10
d
2
d
1
r
2
− d
2
− a
2
u
20
.
Thus, E
1
is asymptotically stable if s(J
1
) < 0 and is unstable if s(J
1
) > 0.
Linearizing (2) at E
2
, we see that the stability of E
2
is determined by the stability modulus
of
J
2
=
r
1
− (a
1
+ m
1
)v
10
m
2
v
20
m
1
v
10
r
2
− (a
2
+ m
2
)v
20
.
That is, E
1
is asymptotically stable if s(J
2
) < 0 and is unstable if s(J
2
) > 0.
Using the persistence theory [27, 28] and similar arguments to those in [19], we can state
Theorem 1. The resident population and mutant population are uniformly persistent if s(J
1
) >
0 and s(J
2
) > 0.
We cannot directly draw influences of population dispersals on coexistence of two popula-
tions from Theorem 1 because u
i0
and v
i0
are not explicitly given. For this reason, we consider
two cases where population dispersals take different time scales from population growthes.
First, we assume that the time scale for population migrations is much smaller than the time
- 4 -
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