Structural Characteristics of evolutionally developed phase spaces of ecosystems and proteins

生态系统和蛋白质进化发展的相空间的结构特征

基本信息

  • 批准号:
    13831006
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2001 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project, we investigated structural characteristics of evolutionary developed phase spaces of ecosystems and proteins.For large-scale ecosystems, the following properties were clarified: The replicator equation systems with random interactions can have a stable coexistent state of many species, when the interactions are "antisymmetric". This result serves as the first counterexample for so-called "May's paradox" which is famous in the field of mathematical ecology. In the resultant stable ecosystem, we observe a emergence of a hierarchical food web structure. We propose a new simple model based of the replicator equation systems for studying dynamics of the biodiversity by taking into account the effects of extinction, invasion and mutation.As a basic research of dynamical systems which exhibit complex dynamics including ecosystems, we studied the intermittent transition behaviors between long-time persistent states. We found a new mechanism of emergence of chaotic metastability, and intermittent transition between these metastable states.For proteins, we focused our attention to the free-energy landscape of Kinesine, which is one of the motor proteins. We successfully sampled the thermally equilibrium ensemble in case of a simplified interaction parameters and studied its free-energy landscape near the native state for the first time. We found that the largest fluctuating mode is localized at the switch region. In other word, large-fluctuation of the switch region is embedded in the evolutionary developed free-energy landscape of Kinesine.
在这个项目中,我们研究了生态系统和蛋白质进化开发的相位空间的结构特征。对于大规模的生态系统,阐明了以下特性:具有随机相互作用的复制器方程系统可以具有许多物种的稳定共存状态,而当相互作用是“抗惊异”时。该结果是在数学生态学领域著名的所谓“五月悖论”的第一个反例。在最终的稳定生态系统中,我们观察到了分层食品网络结构的出现。我们通过考虑灭绝,入侵和突变的效果来研究一个新的简单模型,用于研究生物多样性的动态。作为动态系统的基础研究,这些动力学系统表现出复杂的动力学,包括生态系统,我们研究了长期持久状态之间的间歇性过渡行为。我们发现了一种新的混乱稳定性出现的机制,以及这些亚稳态状态之间的间歇性过渡。对于蛋白质,我们将注意力集中在运动蛋白的自由能景观上,这是运动蛋白之一。在简化的相互作用参数的情况下,我们成功地对热平衡集合进行了采样,并首次研究了其在本机状态附近的自由化景观。我们发现最大的波动模式位于开关区域。换句话说,开关区域的大型裂开被嵌入到进化开发的运动仪的自由能景观中。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Kei Tokita and Ayumu Yasutomi: "Emeregence of a complex and stable network in a model ecosystem with | extinction and mutation"Theoretical Population Biology. 63. 131-146 (2003)
Kei Tokita 和 Ayumu Yasutomi:“在具有 | 灭绝和突变的模型生态系统中出现复杂且稳定的网络”理论种群生物学。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Chawanya, K.Tokita: "Large dimensional Replicator Equations with Antisymmetric Random Interactions"Journal of Physical Society of Japan. 71. 429-431 (2002)
T.Chawanya,K.Tokita:“具有反对称随机相互作用的大维复制方程”日本物理学会杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Tokita, A.Yasutomi: "Emergence of a complex and stable network in a model ecosystem with extinction and mutation"Theoretical Population Biology. 63. 131-146 (2003)
K.Tokita,A.Yasutomi:“在具有灭绝和突变的模型生态系统中出现复杂而稳定的网络”理论人口生物学。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Chawanya, K.Tokita: "Large-Dimensional Replicator Equations with Antisymmetric Rondom Interactions"Journal of Physical Society of Japan. 71・2. 420-431 (2002)
T.Chawanya,K.Tokita:“具有反对称随机相互作用的大维复制方程”日本物理学会杂志 71・2 420-431(2002)。
  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Tokita, A.Yasutomi: "Emeregence of a complex and stable network in a model ecosystem with extinction and mutation"Theoretical Population Biology. 63. 131-146 (2003)
K.Tokita,A.Yasutomi:“在具有灭绝和突变的模型生态系统中出现复杂而稳定的网络”理论种群生物学。
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