Chance in Biology

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出版者:Princeton University Press
作者:Mark Denny
出品人:
页数:306
译者:
出版时间:2002-09-03
价格:USD 62.50
装帧:Paperback
isbn号码:9780691094946
丛书系列:
图书标签:
  • 生物学
  • 偶然性
  • 概率论
  • 进化
  • 随机过程
  • 复杂性
  • 系统生物学
  • 生物统计学
  • 数学生物学
  • 生命科学
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具体描述

Life is a chancy proposition: from the movement of molecules to the age at which we die, chance plays a key role in the natural world. Traditionally, biologists have viewed the inevitable 'noise' of life as an unfortunate complication. The authors of this book, however, treat random processes as a benefit. In this introduction to chance in biology, Mark Denny and Steven Gaines help readers to apply the probability theory needed to make sense of chance events - using examples from ocean waves to spiderwebs, in fields ranging from molecular mechanics to evolution. Through the application of probability theory, Denny and Gaines make predictions about how plants and animals work in a stochastic universe. Is it possible to pack a variety of ion channels into a cell membrane and have each operate at near-peak flow?Why are our arteries rubbery? The concept of a random walk provides the necessary insight. Is there an absolute upper limit to human life span? Could the sound of a cocktail party burst your eardrums? The statistics of extremes allows us to make the appropriate calculations. How long must you wait to see the detail in a moonlit landscape? Can you hear the noise of individual molecules? The authors provide answers to these and many other questions. After an introduction to the basic statistical methods to be used in this book, the authors emphasize the application of probability theory to biology rather than the details of the theory itself.Readers with an introductory background in calculus will be able to follow the reasoning, and sets of problems, together with their solutions, are offered to reinforce concepts. The use of real-world examples, numerous illustrations, and chapter summaries - all presented with clarity and wit - make for a highly accessible text. By relating the theory of probability to the understanding of form and function in living things, the authors seek to pique the reader's curiosity about statistics and provide a new perspective on the role of chance in biology.

好的,这是一份关于一本名为《生物学中的机遇》(Chance in Biology)的书籍的简介,内容详尽,侧重于生物学领域中随机性、偶然性及不可预测性所扮演的关键角色,完全不涉及您提到的那本书的内容。 《演化之舞:随机性、必然性与生命蓝图的构建》 书籍简介 生命,在宏大的时间尺度上,似乎遵循着一套严谨的、可预测的物理和化学法则。然而,当我们深入探究生物系统的微观运作、种群的动态演变乃至整个生态系统的兴衰时,一个不可回避的主题浮现出来:随机性。 《演化之舞:随机性、必然性与生命蓝图的构建》并非一部关于量子物理或纯粹数学的著作,它是一次深入生物学核心的探索之旅,旨在揭示在生命演化、发育、遗传与生态互动中,“偶然”如何与“必然”交织共舞,共同塑造了我们所见的生物多样性。 本书系统性地考察了随机事件在生命体构建过程中的多层次影响。我们从最基本的分子层面开始,审视DNA复制、蛋白质折叠以及基因突变过程中固有的随机性。每一个碱基的替换、每一个酶促反应的失败或成功,都携带着一丝不可控的概率,这些微小的随机波动,正是驱动演化原材料积累的源头。 第一部分:随机性的分子基石与遗传漂变 在遗传学的领域,随机性并非一个边缘因素,而是核心机制。本书详尽阐述了遗传漂变(Genetic Drift)的力量。与达尔文的自然选择理论强调的适应性优化不同,遗传漂变关注的是在有限群体中,等位基因频率的随机波动。我们追溯了诸如“瓶颈效应”和“创始人效应”的实际案例,这些事件如何在没有选择压力的情况下,迅速且不可逆转地改变了一个物种的遗传景观,有时甚至固化了非最优的性状。 此外,我们深入探讨了突变发生的随机性。突变是演化的燃料,但它们并非“目标明确”的。本书阐明了突变的位点、频率和类型在很大程度上是随机的,是分子机制中的噪音。这种噪音如何通过时间的累积,为自然选择提供了足够多样的“试错素材”,是本书探讨的重点之一。我们对比了辐射诱导突变和自发突变,分析了环境随机干扰对突变率的影响。 第二部分:发育轨迹的概率地形图 如果说演化发生在种群层面,那么发育则是个体生命的构建过程。本书将视角转向细胞和组织层面,审视发育中的随机波动。 胚胎发育是一个高度精确的过程,但即便是最完美的基因程序,也会受到细胞内环境的随机性影响。我们讨论了细胞命运决定的概率性质——为什么在两个基因背景完全相同的细胞群中,有些会分化为神经元,而有些则成为胶质细胞?这涉及到细胞信号传导路径中的噪声放大效应。 本书考察了形态发生场中的自组织现象,解释了在没有明确外部指令的情况下,随机的分子碰撞和扩散如何导致复杂的、可重复的结构形成(如斑点图案)。这种随机起点的自组织能力,是生物体抵御微小干扰并保持形态稳定的关键所在。我们还将“表观遗传学”中的随机甲基化模式视为一种环境与随机性互动的记录器。 第三部分:生态互动与种群动态的不可预测性 当我们将目光投向更广阔的生态系统时,随机性的影响变得更加显而易见,且后果更为剧烈。本书认为,许多生态学现象的预测失败,根源在于我们低估了环境随机性和物种互动中的偶然性。 环境随机性包括气候的突发波动、局部火灾的发生,或是随机的引入/清除捕食者事件。本书分析了这些随机干扰如何与物种的内在增长率相结合,导致种群灭绝的临界点难以预测。我们使用了随机过程模型来模拟在不确定的气候变化背景下,特定物种的生存概率。 在物种互动方面,我们关注捕食者-猎物系统中的随机遭遇。一个饥饿的捕食者在特定时刻恰好经过一个防御薄弱的猎物,这种偶然的捕食事件,在数学上描述为泊松过程的变体,对种群动态有着深远影响。本书还探讨了群落构建的“历史依赖性”——两个生态位相同的区域,如果一个区域的第一个定殖者是高竞争力的物种A,而另一个是高扩散力的物种B,那么它们最终的物种组成很可能截然不同,这完全取决于最初的随机“抢占”事件。 结论:在不确定性中寻找意义 《演化之舞》最终引导读者认识到,生命并非一个完全由决定论主导的机器。相反,它是建立在一个充满随机噪音的坚实框架之上的。演化不是一条单向的、优化的高速公路,而是在概率地形上蜿蜒前行的一场漫长舞蹈。 本书的贡献在于,它提供了一个跨越分子、个体和种群层面的统一视角,将随机性从生物学的“背景噪音”提升为推动复杂性诞生的必要力量。它挑战了过度简化的、纯粹线性的生物学叙事,鼓励科学家和思考者以更加谦逊和全面的视角,去迎接生命世界中不可避免的、美丽的、驱动未来的不确定性。对于任何对生命起源、适应性极限以及未来生物多样性走向感兴趣的读者而言,理解这只无形之手的运作至关重要。 (字数:约1550字)

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