《進(jìn)化動(dòng)力學(xué):探索生命的方程》一書闡釋了生命進(jìn)化所遵循的數(shù)學(xué)原理。進(jìn)化動(dòng)力學(xué)主要涉及復(fù)制、突變、選擇、隨機(jī)漂變和空間運(yùn)動(dòng)等過(guò)程!哆M(jìn)化動(dòng)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(yǔ)言對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了論述。開篇簡(jiǎn)要介紹了與進(jìn)化相關(guān)的基本概念、種群動(dòng)力學(xué)基本模型以及準(zhǔn)種理論;然后介紹進(jìn)化動(dòng)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(yǔ)言的進(jìn)化機(jī)制展開討論,其中所涉及的研究方法主要有進(jìn)化博弈理論、囚徒困境模型、進(jìn)化圖論、網(wǎng)絡(luò)博弈等。
《進(jìn)化動(dòng)力學(xué):探索生命的方程》語(yǔ)言簡(jiǎn)潔有力,論述生動(dòng)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(huì)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(jìn)化動(dòng)力學(xué):探索生命的方程》中,Nowak向我們展示了真實(shí)世界中的許多重要問(wèn)題,如HIV致病過(guò)程,病原體毒力的進(jìn)化,癌的進(jìn)化,利他行為的進(jìn)化,甚至人類語(yǔ)言的進(jìn)化等,都可運(yùn)用進(jìn)化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行解釋!哆M(jìn)化動(dòng)力學(xué):探索生命的方程》以進(jìn)化動(dòng)力學(xué)的語(yǔ)言,對(duì)理解每一個(gè)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(shuō)服力的案例。
在生命科學(xué)空前發(fā)展的時(shí)代,進(jìn)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(huì)從進(jìn)化角度得到解釋。進(jìn)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(jìn)化動(dòng)力學(xué)》一書的主旨在于揭示生命進(jìn)化所遵循的數(shù)學(xué)原理。自20世紀(jì)50年代以來(lái),隨著人類對(duì)自身生存世界以及生命本質(zhì)的不斷探索,生物學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)已經(jīng)取得了巨大的成就。進(jìn)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(huì)從進(jìn)化角度得到解釋。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中,進(jìn)化生物學(xué)發(fā)展勢(shì)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(jìn)化過(guò)程或機(jī)理相關(guān)的所有思想都能夠并且應(yīng)該通過(guò)進(jìn)化動(dòng)力學(xué)方程來(lái)呈現(xiàn)。
在進(jìn)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(jìn)化機(jī)制。但近年來(lái),進(jìn)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(jìn)化在悄然無(wú)聲地進(jìn)行。具體地說(shuō),遺傳信息的傳遞誤差會(huì)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(guò)程中可能具有差異,其中一些信息復(fù)制得比較快,這時(shí)選擇就會(huì)起作用。突變和選擇的共同作用促成了進(jìn)化。數(shù)學(xué)模型可以精確地描述突變和選擇的過(guò)程。因此,進(jìn)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(kuò)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(duì)數(shù)學(xué)生物學(xué)制定涵蓋數(shù)學(xué)、分子生物學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的教學(xué)計(jì)劃。學(xué)科交叉會(huì)更加有利于科學(xué)發(fā)展。兩種學(xué)科的交叉無(wú)疑會(huì)帶來(lái)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(yǔ)言和數(shù)學(xué)理論對(duì)進(jìn)化問(wèn)題進(jìn)行探討!哆M(jìn)化動(dòng)力學(xué)》為讀者呈現(xiàn)了生命系統(tǒng)進(jìn)化所遵循的基本原理,盡管這些原理看起來(lái)十分復(fù)雜,而事實(shí)上卻是如此簡(jiǎn)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(wèn)題開始,逐步深入到關(guān)鍵問(wèn)題。
諾瓦克,Martin A.Nowak,哈佛大學(xué)生物學(xué)和數(shù)學(xué)教授,進(jìn)化動(dòng)力學(xué)中心主任。
中文版序言
前言
1 緒論
2 進(jìn)化是什么
3 適合度景觀與序列空間
4 進(jìn)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(jìn)化圖論
9 空間博弈
10 HIV感染
11 毒力的進(jìn)化
12 癌的進(jìn)化動(dòng)力學(xué)
13 語(yǔ)言的進(jìn)化
14 結(jié)論
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參考文獻(xiàn)
索引
譯者后記
這一觀點(diǎn)是所謂中性進(jìn)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(wàn)代的優(yōu)化過(guò)程保留下來(lái)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(guò)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(jiǎn)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(dòng)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(jìn)化速率應(yīng)是一個(gè)常數(shù)。中性理論為我們提供了一個(gè)“分子鐘(molecularclock)”(見(jiàn)圖6.5)。
中性理論的提出曾掀起一場(chǎng)支持者和反對(duì)者之間的激烈論戰(zhàn)。中性理論的極端擁護(hù)者認(rèn)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(gè)物種的進(jìn)化分支問(wèn)題,而適應(yīng)(adaptation)是不重要的。極端的適應(yīng)論者則認(rèn)為中性進(jìn)化是不重要的,甚至中性進(jìn)化不能被認(rèn)為是進(jìn)化,因?yàn)樗鼉H僅代表沒(méi)有適應(yīng)的隨機(jī)變異;進(jìn)化的本質(zhì)是活廊。