The Geometry of Population Genetics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Ethan Akin

出品人:

页数:205

译者:

出版时间:1979-11-30

价格:USD 24.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783540097112

丛书系列:

图书标签:

• Population Genetics
• Mathematical Biology
• Genetics
• Evolutionary Biology
• Biostatistics
• Quantitative Genetics
• Statistical Genetics
• Bioinformatics
• Modeling
• Theoretical Biology

《演化力量：揭示生命的数学密码》 一、 开启生命的数学之旅：从细胞到物种的演变奥秘 想象一下，一个充满活力的世界，无数生命形态在其中繁衍生息，又悄无声息地改变与消亡。这一切背后，是否隐藏着某种精妙的秩序？《演化力量：揭示生命的数学密码》将带领您踏上一段非凡的旅程，探寻那些塑造生命的根本性力量，并揭示其背后隐藏的数学原理。本书并非仅仅罗列枯燥的公式或抽象的概念，而是以引人入胜的故事和生动的案例，将生命的演化过程及其内在的数学规律一一展现在读者面前。 我们常常惊叹于大自然的鬼斧神工，从微小的细菌群体到参天的大树，从翱翔天际的飞鸟到潜游深海的鲸鱼，每一个物种都拥有独特的适应性特征，仿佛是经过精心设计的杰作。然而，这些“设计”并非来自某种神秘的智慧，而是漫长演化过程中自然选择、遗传漂变、突变等力量共同作用的结果。而本书将深入剖析这些“力量”是如何通过数学模型来精确描述和预测的。 我们并非要将生命简化为冰冷的数字，而是要看到，生命本身就是一部由数学规律书写的宏伟史诗。从基因的传递、变异的发生，到种群数量的波动、物种的形成与灭绝，每一个环节都蕴含着可量化的过程。本书将以清晰易懂的方式，引导读者理解这些过程是如何被数学语言所捕捉和分析的。 二、 基因的舞蹈：遗传与变异的数学视角 本书的开篇，我们将聚焦于生命最基本的单位——基因。基因是生命的蓝图，它承载着遗传信息，代代相传。然而，基因并非一成不变，突变是其内在的属性，为演化提供了源源不断的原材料。我们将以数学的视角来审视基因的传递和变异。 例如，在一个封闭的种群中，基因频率会随着世代的更替而发生变化。我们将学习如何利用简单的模型来描述这种变化，并理解“哈迪-温伯格平衡”这一基石性原理，它为我们提供了一个无演化发生的理论参照系。通过打破这个平衡的各种因素——突变、迁移、遗传漂变和自然选择——我们将逐步揭示驱动生命演变的具体机制。 特别地，我们将深入探讨“遗传漂变”这一看似随机却极具影响力的力量。在一个小种群中，某些基因的频率可能因为偶然事件而显著增加或减少，甚至完全消失。本书将通过数学模拟和案例分析，展示遗传漂变在塑造物种遗传多样性方面所扮演的关键角色，尤其是在孤立的岛屿或新近形成的种群中。 而“突变”作为演化的“火花”，其发生频率和影响也并非完全随机。我们将探索不同类型的突变，以及它们对基因频率和种群适应性的潜在影响。例如，一些突变可能是有害的，会被自然选择迅速淘汰；另一些则可能是有益的，会逐渐扩散并增加个体的生存和繁殖能力；还有相当一部分是中性的，其频率的变化主要受遗传漂变的影响。理解这些不同的突变类型及其在种群中的命运，是理解演化过程的关键。 三、 自然选择的无形之手：适应与进化的动力 自然选择是演化最核心的驱动力。它并非一个有意识的“选择者”，而是环境与个体之间相互作用的必然结果。那些拥有更有利于生存和繁殖的性状的个体，更有可能将自己的基因传递给下一代。本书将运用数学模型来量化自然选择的强度和方向。 我们将学习如何定义和度量“适应度”，即一个基因型或表型在特定环境下生存和繁殖的相对能力。我们将探讨不同类型的自然选择，例如方向性选择（将某个极端性状推向一个方向）、稳定选择（偏爱中间性状）和分裂选择（偏爱两个极端性状，而淘汰中间性状）。通过具体的例子，如长颈鹿的脖子长度、昆虫的伪装能力，我们将看到自然选择是如何塑造出生物多样性的。 本书还将深入探讨“频率依赖选择”，在这种选择中，一个性状的适应度取决于它在种群中的频率。例如，在捕食者-猎物关系中，越普遍的猎物颜色模式越容易被捕食者识别，因此稀有的颜色模式反而可能具有更高的生存优势。我们将分析这种动态选择机制如何维持种群中的多样性。 此外，我们还将触及“性选择”，即在争取配偶过程中发生的竞争。性选择有时会与自然选择发生冲突，导致一些个体为了吸引异性而发展出看似不利于生存的性状，例如孔雀华丽的尾羽。我们将用数学工具来理解性选择的演化动力学。 四、 种群的律动：数量、结构与动态的数学描绘 生命并非孤立存在，而是以种群的形式聚集成群。种群的规模、年龄结构、空间分布和数量波动，都遵循着一定的数学规律。本书将带领读者进入种群动力学的世界。 我们将从最基本的种群增长模型开始，如指数增长模型，描述在理想条件下种群数量的爆发式增长。随后，我们将引入更贴近现实的逻辑斯蒂增长模型，它考虑了环境承载能力对种群增长的限制。我们将理解“承载能力”（K）的概念，以及种群如何在达到承载能力时趋于稳定或发生周期性波动。 本书还将关注种群的年龄结构。不同年龄段的个体在繁殖和生存方面有着不同的贡献。我们将学习如何构建年龄结构模型，预测种群的长期增长趋势，以及理解“繁殖潜力”和“生存曲线”的重要性。 空间结构也是种群动力学的重要组成部分。我们将探讨“元种群”的概念，即由相互连接的亚种群组成的网络。迁移（或称“移民”）在元种群中起着至关重要的作用，它能够维持亚种群的遗传多样性，并抵消局部的灭绝事件。我们将学习如何利用数学模型来描述元种群的动态，以及迁移率对种群稳定性的影响。 五、 物种的边界：分化、形成与多样性的数学之源 演化的终极目标之一是创造新的物种。物种的形成是一个复杂而漫长的过程，涉及遗传隔离和适应性分化。本书将从数学的角度来审视物种的形成机制。 我们将深入探讨“遗传隔离”的概念，即阻碍种群间基因交流的障碍。我们将分析不同类型的遗传隔离，如地理隔离（所有隔离）和生殖隔离（发生于地理隔离消失后，包括前合子隔离和后合子隔离）。我们将理解这些隔离是如何在数学模型中被体现出来，并最终导致生殖隔离的形成，从而标志着新物种的诞生。 本书还将探讨“适应性分化”在物种形成中的作用。当一个种群被分隔成多个亚群，并且这些亚群面临不同的环境压力时，自然选择会引导它们朝着不同的方向演化。即使最初的隔离消失，由于基因差异的积累，它们可能已经无法进行成功的繁殖。我们将通过一些经典案例，如达尔文雀的喙形演化，来 ilustrate 这一过程。 最后，我们将探讨“物种多样性”的产生和维持。多样性是生命最宝贵的财富，它不仅增加了生态系统的稳定性和韧性，也为未来的演化提供了更丰富的可能性。我们将从数学模型中看到，物种的形成速率、灭绝速率以及生态位分化等因素，共同决定了地球上物种多样性的水平。 六、 跨越边界的连接：生态学与进化的交汇 生命的演化并非孤立发生，而是深刻地镶嵌在错综复杂的生态网络之中。本书的结尾，我们将强调演化与生态学之间的紧密联系。 生态系统的每一个成分——生产者、消费者、分解者，以及它们之间的相互作用——都可能成为自然选择的舞台。捕食-被捕食关系、竞争关系、共生关系，都对参与其中的物种的演化路径产生深远影响。例如，寄生生物与宿主之间的“军备竞赛”式演化，往往导致双方基因组的快速变化。 我们将思考，是什么因素决定了物种的“生态位”，以及不同物种如何在共享资源的环境中生存并维持其独特性。我们将看到，演化不仅塑造了生物体本身，也塑造了它们所处的生态系统。反过来，生态系统的结构和动态也为演化提供了独特的选择压力。 《演化力量：揭示生命的数学密码》是一次对生命奥秘的数学探索，它将带您走出书本，去观察和理解身边生机勃勃的世界。通过掌握这些数学工具，您将能够更深刻地理解生命的过去、现在和未来，并对我们所处的这个不断演变的世界，拥有全新的视角。本书致力于让生命演化的数学之美，不再是遥不可及的学术象牙塔，而是人人都能领略的、充满智慧与启发的知识宝藏。

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