《進化動力學(xué):探索生命的方程》一書闡釋了生命進化所遵循的數(shù)學(xué)原理。進化動力學(xué)主要涉及復(fù)制、突變、選擇、隨機漂變和空間運動等過程。《進化動力學(xué):探索生命的方程》結(jié)合生物學(xué)理論和數(shù)學(xué)語言對這些問題進行了論述。開篇簡要介紹了與進化相關(guān)的基本概念、種群動力學(xué)基本模型以及準(zhǔn)種理論;然后介紹進化動力學(xué)基本研究方法及其應(yīng)用,分別就合作行為、HIV、病原體、癌癥以及人類語言的進化機制展開討論,其中所涉及的研究方法主要有進化博弈理論、囚徒困境模型、進化圖論、網(wǎng)絡(luò)博弈等。
《進化動力學(xué):探索生命的方程》語言簡潔有力,論述生動有趣。雖然書中涉及大量的數(shù)學(xué)方法,但是,讀者只需具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),就不會感到晦澀枯燥。該書適合于具有生物學(xué)、數(shù)學(xué)以及具有其他相關(guān)學(xué)科背景的讀者閱讀。
《進化動力學(xué):探索生命的方程》中,Nowak向我們展示了真實世界中的許多重要問題,如HIV致病過程,病原體毒力的進化,癌的進化,利他行為的進化,甚至人類語言的進化等,都可運用進化動力學(xué)進行解釋!哆M化動力學(xué):探索生命的方程》以進化動力學(xué)的語言,對理解每一個生命系統(tǒng),包括由生命系統(tǒng)所導(dǎo)致的一切,舉出了清晰且有說服力的案例。
在生命科學(xué)空前發(fā)展的時代,進化是少數(shù)貫穿并統(tǒng)一其各分支領(lǐng)域的理論。生命系統(tǒng)所呈現(xiàn)的一切現(xiàn)象終都一定會從進化角度得到解釋。進化是突變和自然選擇共同作用的結(jié)果,而突變和自然選擇
《進化動力學(xué)》一書的主旨在于揭示生命進化所遵循的數(shù)學(xué)原理。自20世紀(jì)50年代以來,隨著人類對自身生存世界以及生命本質(zhì)的不斷探索,生物學(xué)與進化生物學(xué)已經(jīng)取得了巨大的成就。進化理論是生物科學(xué)的核心理論,是生物學(xué)一切分支學(xué)科的基礎(chǔ)。生命系統(tǒng)所呈現(xiàn)的一切現(xiàn)象最終都一定會從進化角度得到解釋。在過去的半個世紀(jì)中,進化生物學(xué)發(fā)展勢頭迅猛,已經(jīng)逐漸成為一門具有精確數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)科。與進化過程或機理相關(guān)的所有思想都能夠并且應(yīng)該通過進化動力學(xué)方程來呈現(xiàn)。
在進化理論誕生最初的一百年中,其主要關(guān)注的是物種起源和適應(yīng)的遺傳進化機制。但近年來,進化思想已經(jīng)逐漸滲入到生物學(xué)與生命科學(xué)的許多相關(guān)領(lǐng)域。隨著生命體遺傳信息的復(fù)制,進化在悄然無聲地進行。具體地說,遺傳信息的傳遞誤差會導(dǎo)致突變的出現(xiàn),于是信息更加趨向于多樣化。不同信息在復(fù)制過程中可能具有差異,其中一些信息復(fù)制得比較快,這時選擇就會起作用。突變和選擇的共同作用促成了進化。數(shù)學(xué)模型可以精確地描述突變和選擇的過程。因此,進化儼然已經(jīng)成為一門數(shù)學(xué)理論。
生命科學(xué),特別是生物學(xué)具有極為廣闊的理論擴展空間。為了使學(xué)生能夠接受到跨學(xué)科教育,目前每所大學(xué)都在針對數(shù)學(xué)生物學(xué)制定涵蓋數(shù)學(xué)、分子生物學(xué)、語言學(xué)、計算機科學(xué)的教學(xué)計劃。學(xué)科交叉會更加有利于科學(xué)發(fā)展。兩種學(xué)科的交叉無疑會帶來兩種文化的碰撞,許多新思想也必將隨之萌發(fā)。
本書中,我們結(jié)合生物學(xué)語言和數(shù)學(xué)理論對進化問題進行探討。《進化動力學(xué)》為讀者呈現(xiàn)了生命系統(tǒng)進化所遵循的基本原理,盡管這些原理看起來十分復(fù)雜,而事實上卻是如此簡單而令人著迷。本書為了避免不必要的復(fù)雜性,將從最基本的問題開始,逐步深入到關(guān)鍵問題。
諾瓦克,Martin A.Nowak,哈佛大學(xué)生物學(xué)和數(shù)學(xué)教授,進化動力學(xué)中心主任。
中文版序言
前言
1 緒論
2 進化是什么
3 適合度景觀與序列空間
4 進化博弈理論
5 囚徒困境
6 有限種群
7 有限種群中的博弈
8 進化圖論
9 空間博弈
10 HIV感染
11 毒力的進化
12 癌的進化動力學(xué)
13 語言的進化
14 結(jié)論
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參考文獻
索引
譯者后記
這一觀點是所謂中性進化理論(neutral theorv 0f evolution)的核心,根據(jù)這一理論,大多數(shù)能夠被觀察到的突變——例如比較人類和黑猩猩的遺傳序列——是中性的,在那些由物種的祖先經(jīng)歷上百萬代的優(yōu)化過程保留下來的基因則完全不可能發(fā)生所謂的有利突變,另一方面,由于被淘汰的概率很高,有害突變不可能被觀察到,因此,在任何系統(tǒng)發(fā)生過程中觀察到的大多數(shù)突變應(yīng)是中性的(或接近中性的)。
中性突變的累積率可以簡單地由突變率表示,它不依賴于種群大小,且不受種群大小波動的影響。如果突變率主要依賴于DNA復(fù)制的精確性,而DNA的復(fù)制又是由在真核生物里很少發(fā)生改變的高度優(yōu)化的酶系統(tǒng)控制完成的,則進化速率應(yīng)是一個常數(shù)。中性理論為我們提供了一個“分子鐘(molecularclock)”(見圖6.5)。
中性理論的提出曾掀起一場支持者和反對者之間的激烈論戰(zhàn)。中性理論的極端擁護者認為所有可以觀察到的突變,例如在人類和黑猩猩之間,都是中性的。因此,僅用中性變異(variation)就可以完全解釋這兩個物種的進化分支問題,而適應(yīng)(adaptation)是不重要的。極端的適應(yīng)論者則認為中性進化是不重要的,甚至中性進化不能被認為是進化,因為它僅僅代表沒有適應(yīng)的隨機變異;進化的本質(zhì)是活廊。