环境压力与合作下的竞争物种空间组织的涌现
种群与进化
2026-02-02 v1 动力系统
摘要
理解在相互作用的压力因素下物种如何维持存在是生态学中的核心挑战。我们构建了空间显式的反应扩散框架，探讨受气候波动、污染、资源异质性和合作影响的竞争物种。数值模拟揭示了持久化空间组织的自发涌现，包括优势分离和稳定的竞争边界。定量分析——采用边界几何、分形维数和空间熵——显示从初始混合状态向低复杂度、准稳态配置的转变。共存通过不同策略实现：一种物种占据更多区域，另一种维持更高的局部密度。合作增强了韧性，但在污染区会崩溃，形成具有异质性的"社会缓冲"。我们进一步引入基于 Swin Transformer 的混合逆模型框架，从仅两个时间快照中推断高维参数。该模型在合成数据上训练后，能准确恢复人口、扩散和环境灵敏度参数。虽然实现了可靠的短期空间预测，但由于非线性系统的内在灵敏度，长期预测会出现偏差。该统一框架将稀疏观测与机制动力学连接，推动了在加速全球变化背景下的生物多样性预测。
引用
@article{arxiv.2601.22177,
title = {Emergent spatial organization of competing species under environmental stress and cooperation},
author = {Ton Viet Ta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.22177},
year = {2026}
}