《進化動力學:探索生命的方程》一書闡釋了生命進化所遵循的數學原理。進化動力學主要涉及復制、突變、選擇、隨機漂變和空間運動等過程!哆M化動力學:探索生命的方程》結合生物學理論和數學語言對這些問題進行了論述。開篇簡要介紹了與進化相關的基本概念、種群動力學基本模型以及準種理論;然后介紹進化動力學基本研究方法及其應用,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、網絡博弈等。
《進化動力學: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學方法,但是,讀者只需具備一定的數學基礎,就不會感到晦澀枯燥。該書適合于具有生物學、數學以及具有其他相關學科背景的讀者閱讀。
《進化動力學: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進行解釋!哆M化動力學:探索生命的方程》以進化動力學的語言,對理解每一個生命系統(tǒng),包括由生命系統(tǒng)所導致的一切,舉出了清晰且有說服力的案例。
在生命科學空前發(fā)展的時代,進化是少數貫穿并統(tǒng)一其各分支領域的理論。生命系統(tǒng)所呈現的一切現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果,而突變和自然選擇
《進化動力學》一書的主旨在于揭示生命進化所遵循的數學原理。自20世紀50年代以來,隨著人類對自身生存世界以及生命本質的不斷探索,生物學與進化生物學已經取得了巨大的成就。進化理論是生物科學的核心理論,是生物學一切分支學科的基礎。生命系統(tǒng)所呈現的一切現象最終都一定會從進化角度得到解釋。在過去的半個世紀中,進化生物學發(fā)展勢頭迅猛,已經逐漸成為一門具有精確數學基礎的學科。與進化過程或機理相關的所有思想都能夠并且應該通過進化動力學方程來呈現。
在進化理論誕生最初的一百年中,其主要關注的是物種起源和適應的遺傳進化機制。但近年來,進化思想已經逐漸滲入到生物學與生命科學的許多相關領域。隨著生命體遺傳信息的復制,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致突變的出現,于是信息更加趨向于多樣化。不同信息在復制過程中可能具有差異,其中一些信息復制得比較快,這時選擇就會起作用。突變和選擇的共同作用促成了進化。數學模型可以精確地描述突變和選擇的過程。因此,進化儼然已經成為一門數學理論。
生命科學,特別是生物學具有極為廣闊的理論擴展空間。為了使學生能夠接受到跨學科教育,目前每所大學都在針對數學生物學制定涵蓋數學、分子生物學、語言學、計算機科學的教學計劃。學科交叉會更加有利于科學發(fā)展。兩種學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,我們結合生物學語言和數學理論對進化問題進行探討!哆M化動力學》為讀者呈現了生命系統(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雜性,將從最基本的問題開始,逐步深入到關鍵問題。
諾瓦克,Martin A.Nowak,哈佛大學生物學和數學教授,進化動力學中心主任。
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
13 語言的進化
14 結論
進一步閱讀
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,根據這一理論,大多數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突變應是中性的(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復制的精確性,而DNA的復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,則進化速率應是一個常數。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(adaptation)是不重要的。極端的適應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的隨機變異;進化的本質是活廊。