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定量生物学 > 种群与进化

arXiv:1602.08700 (q-bio)
[提交于 2016年2月28日 ]

标题: 人口随机性和资源自相关性控制异质景观中的生物入侵

标题: Demographic stochasticity and resource autocorrelation control biological invasions in heterogeneous landscapes

Authors:Andrea Giometto, Florian Altermatt, Andrea Rinaldo
摘要: 经典生物入侵模型通过假设恒定的增长率和随机的局部运动来评估物种在均质景观中的扩散。然而,越来越多的证据表明,种群随机性、环境异质性和个体的非随机运动显著影响扩散动力学。在这里,我们表明生物入侵的动力学受资源分布的空间异质性控制。我们从理论上展示了增加景观资源自相关长度会导致物种扩散平均速度的降低。种群随机性在减速中起着关键作用,当个体能够主动向资源移动时,这种作用会增强。通过比较不同资源异质性的栖息地中的扩散情况,在实验室微宇宙实验中验证了前缘传播速度的降低,这些实验使用了鞭毛原生动物Euglena gracilis。我们的理论和实验结果强调了需要考虑种群动态的内在随机性,以描述在空间扩展景观中的扩散,这些景观不可避免地由控制关键率的异质性空间资源分布所特征。我们的工作将资源自相关长度确定为生物入侵的一个关键调节因子和简单的景观易感性度量,对预测自然异质环境走廊内的生物入侵特征具有重要意义。
摘要: Classical models of biological invasions assess species spread in homogeneous landscapes by assuming constant growth rates and random local movement. Mounting evidence suggests, however, that demographic stochasticity, environmental heterogeneity and non-random movement of individuals affect considerably the spread dynamics. Here, we show that the dynamics of biological invasions are controlled by the spatial heterogeneity of the resource distribution. We show theoretically that increasing the landscape resource autocorrelation length causes a reduction in the average speed of species spread. Demographic stochasticity plays a key role in the slowdown, which is streghtened when individuals can actively move towards resources. The reduction in the front propagation speed is verified in laboratory microcosm experiments with the flagellated protist Euglena gracilis by comparing spread in habitats characterized by different resource heterogeneity. Our theoretical and experimental findings highlight the need to account for the intrinsic stochasticity of population dynamics to describe spread in spatially extended landscapes, which are inevitably characterized by heterogeneous spatial distributions of resources controlling vital rates. Our work identifies the resource autocorrelation length as a key modulator and a simple measure of landscape susceptibility to biological invasions, with implications for predicting the characters of biological invasions within naturally heterogeneous environmental corridors.
主题: 种群与进化 (q-bio.PE) ; 统计力学 (cond-mat.stat-mech); 生物物理 (physics.bio-ph)
引用方式: arXiv:1602.08700 [q-bio.PE]
  (或者 arXiv:1602.08700v1 [q-bio.PE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1602.08700
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Andrea Giometto Mr [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2016 年 2 月 28 日 10:57:52 UTC (4,643 KB)
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