Em formação

Recomendações de livros para modelos evolutivos


Recentemente, trabalhei na obtenção de um modelo estatístico de uma sequência de DNA. Para fazer isso, descobri que entender a evolução quantitativamente parece ser muito importante. Eu realmente apreciaria qualquer recomendação de livro sobre os fundamentos da evolução.

Eu venho de uma formação em Engenharia Elétrica e tenho um conhecimento limitado de evolução e biologia.


Você quer um livro introdutório à biologia evolutiva ou um livro que oferece modelos matemáticos de processos evolutivos.

Na minha primeira aula de biologia evolutiva, tive este livro: Futuyama, Evolution Acho que dá um bom começo para o campo e oferece uma boa visão geral dos subcampos de diferença.

Se você acha que já sabe o suficiente sobre os conceitos de seleção, deriva genética, evolução molecular, etc ... e deseja um livro que forneça formulações matemáticas da evolução, talvez queira dar uma olhada no campo da genética populacional. Nesta postagem, você encontrará algumas recomendações de livros

Se você estiver particularmente interessado em evolução molecular, sugiro: Yang, evolução molecular computacional

Talvez você esteja particularmente interessado na metodologia estatística usada na anotação de DNA ou na filogenia. Então… . Eu não sei! Não é exatamente meu campo!


Uma introdução realmente boa para o livro de evolução é The Evolution of Vertebrate Design, de Leonard Radinski.

Além disso, para uma abordagem mais baseada na matemática, você pode olhar para Narrow Roads of Gene Land. Estes são papéis coletados de W.D Hamilton.


Eu gostaria de adicionar alguns livros às sugestões acima. O livro de Sean Rice "Teoria da Evolução: Fundamentos Matemáticos e Conceituais" cobre muito terreno, incluindo modelos baseados em alelos, genética quantitativa, formalismo de Price e MLS. Se você estiver interessado em modelos de evolução social, descobri que R. McElreath e R. Boyd "Modelos Matemáticos para a Evolução Social" são extremamente acessíveis para aqueles que não têm uma sólida formação matemática. Outro grande livro sobre evolução social é "Foundations of Social Evolution" de S. Frank, mas não é tão fácil de seguir como o livro de McElreath e Boyd.


Modelos de Evolução

Os modelos quantitativos desempenham um papel crucial na biologia evolutiva, especialmente na genética de populações. A análise matemática mostrou como os diferentes processos evolutivos interagem, e os métodos estatísticos tornaram possível interpretar observações e experimentos. A disponibilidade de poder de computação e a enxurrada de dados genômicos tornaram os métodos quantitativos ainda mais proeminentes nos últimos anos.

Embora evitemos amplamente a matemática explícita em Evolução, argumentos matemáticos estão por trás de muito do que é discutido. Neste capítulo, os métodos matemáticos básicos usados ​​na biologia evolutiva são descritos. Os capítulos do livro podem ser entendidos de forma qualitativa sem este capítulo, e isso pode ser apropriado para um curso introdutório. Da mesma forma, muitos dos problemas associados aos Capítulos 13 e ndash23 envolvem apenas álgebra elementar e não requerem os métodos matemáticos explicados neste capítulo. No entanto, a leitura deste capítulo e a resolução dos problemas que dele dependem lhe dará uma compreensão muito mais forte da modelagem evolucionária e permitirá que você se envolva totalmente com as pesquisas mais recentes no campo.

A maioria dos alunos terá feito alguns cursos básicos de estatística, com foco em métodos para testar hipóteses alternativas e fazer estimativas a partir dos dados. Embora enfatizemos a evidência que é a base para nossa compreensão da biologia evolutiva, não fazemos mais do que tocar em métodos para inferência estatística. No entanto, nossa compreensão dos processos evolutivos repousa fundamentalmente no conhecimento da probabilidade: de fato, muito da teoria moderna da probabilidade foi motivada por problemas evolutivos. Isso é verdade tanto quando seguimos as proporções de diferentes genótipos dentro de uma população e, mais obviamente, quando seguimos processos evolutivos aleatórios (Capítulo 15) em modelos explicitamente probabilísticos. (A importância da probabilidade se tornará aparente quando você trabalhar os problemas.) Neste capítulo, discutimos as definições e o significado da probabilidade e resumimos a teoria básica da probabilidade.

Este capítulo começa com uma explicação de como a teoria matemática pode ser usada para modelar populações em reprodução. A seguir, discutimos como os processos determinísticos (ou seja, aqueles sem nenhum elemento aleatório) podem ser modelados seguindo as frequências dos genótipos. Em seguida, os processos aleatórios são examinados, resumindo distribuições de probabilidade importantes e descrevendo dois fenômenos fundamentalmente aleatórios, processos de ramificação e passeios aleatórios. O capítulo termina com um esboço do aproximação de difusão, que desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento do teoria neutra da evolução molecular (pág. 59).

Ao longo deste capítulo, apenas álgebra direta e alguns cálculos básicos são usados. A ênfase está em técnicas gráficas, em vez de manipulação de símbolos algébricos. Assim, muitos dos problemas podem ser resolvidos usando lápis e papel milimetrado. Em geral, é mais importante compreender o comportamento qualitativo de um modelo do que obter previsões exatas: Na verdade, modelos muito complexos podem ser tão difíceis de entender quanto o fenômeno que está sendo estudado (p. 382). Este é um problema específico com simulações de computador: elas podem mostrar um comportamento complexo e intrigante, mas, com muita freqüência, esse comportamento não é explicado. Este capítulo deve dar a você uma apreciação do papel-chave que os modelos matemáticos simples desempenham na biologia evolutiva.


Guia de um biólogo para modelagem matemática em ecologia e evolução

Trinta anos atrás, os biólogos podiam se virar com um conhecimento rudimentar de matemática e modelagem. Hoje não. Ao procurar responder a questões fundamentais sobre como os sistemas biológicos funcionam e mudam ao longo do tempo, o biólogo moderno tem tanta probabilidade de confiar em modelos matemáticos e computacionais sofisticados quanto o trabalho de campo tradicional. Neste livro, Sarah Otto e Troy Day fornecem aos alunos de biologia as ferramentas necessárias para interpretar modelos e construir seus próprios.


O livro começa em um nível elementar de modelagem matemática, presumindo que o leitor teve matemática do ensino médio e cálculo do primeiro ano. Otto e Day, então, gradualmente constroem em profundidade e complexidade, de modelos clássicos em ecologia e evolução a modelos mais intrincados de estrutura de classe e probabilísticos. Os autores fornecem primers com exercícios instrutivos para apresentar aos leitores os assuntos mais avançados de álgebra linear e teoria da probabilidade. Por meio de exemplos, eles descrevem como os modelos foram usados ​​para entender tópicos como a propagação do HIV, caos, a estrutura de idade de um país, especiação e extinção.


Ecologistas e biólogos evolucionistas hoje precisam de treinamento matemático suficiente para serem capazes de avaliar o poder e os limites dos modelos biológicos e desenvolver teorias e modelos eles próprios. Este livro inovador será um guia indispensável para o mundo dos modelos matemáticos para a próxima geração de biólogos.


  • Um guia prático para o desenvolvimento de novos modelos matemáticos em biologia
  • Fornece receitas passo a passo para construir e analisar modelos
  • Aplicações biológicas interessantes
  • Explora modelos clássicos em ecologia e evolução
  • Perguntas no final de cada capítulo
  • Os primers cobrem tópicos matemáticos importantes
  • Exercícios com respostas
  • Os apêndices resumem regras úteis
  • Laboratórios e materiais avançados disponíveis

Prêmios e reconhecimento

  • Menção Honrosa para o Melhor Livro Profissional / Acadêmico em Ciências Biológicas de 2007, Association of American Publishers

"Uma introdução suave, mas completa, às técnicas matemáticas empregadas na teoria ecológica e evolutiva. Os leitores que ... terminarem este livro bem escrito estarão preparados para ler e compreender uma fração considerável da literatura atual."—Donald L. DeAngelis, Revisão Trimestral de Biologia

"Finalmente, Sally Otto e Troy Day forneceram alívio para biólogos e epidemiologistas em busca de um ponto de partida de fácil leitura, prático e completo a partir do qual aprender modelagem matemática ... Recomendamos este livro em vez de textos mais curtos que são rotulado como 'introdutório' ... A profundidade e os detalhes que Otto e Day incluíram neste texto são mais atraentes do que intimidantes, e a estrutura do texto é mais poderosa do que didática ou estereotipada. "—Sanjay Basu e Alison P. Galvani, Siam Review

"Finalmente, Sally Otto e Troy Day forneceram alívio para biólogos e epidemiologistas em busca de um ponto de partida de fácil leitura, prático e completo a partir do qual aprender modelagem matemática ... Recomendamos este livro em vez de textos mais curtos que são rotulado como 'introdutório' ... A profundidade e os detalhes que Otto e Day incluíram neste texto são mais atraentes do que intimidantes, e a estrutura do texto é mais poderosa do que didática ou estereotipada. "—Sanjay Basu e Alison P. Galvani, Siam Review

"[O] grande valor do livro Otto / Day é que ele tenta solidez pedagógica e, portanto, é útil para o ensino. Além de ser perfeitamente legível, ele envolve e impressiona o leitor rapidamente não só com o assunto, mas também com o qualidade de impressão e layout que precisam ser vistos para acreditar. Esses elogios podem soar exagerados para muitos leitores dessas colunas, mas primeiro veja o livro ou, melhor ainda, compre o volume e você verá nossa paixão e raiva por dar tudo de si em elogio deste volume. "Prática Atual de Engenharia

"[O] grande valor do livro Otto / Day é que ele tenta a solidez pedagógica e, portanto, é útil para o ensino. Além de ser perfeitamente legível, envolve e impressiona o leitor rapidamente não só com o assunto, mas também com o qualidade de impressão e layout que precisam ser vistos para acreditar. Esses elogios podem parecer extravagantes para muitos leitores dessas colunas, mas primeiro veja o livro ou, melhor ainda, compre o volume e você verá nossa paixão e raiva por fazer tudo para fora em elogio deste volume. "Prática Atual de Engenharia

"Eu recomendo altamente este livro para cada departamento de biologia da universidade porque ele fornece uma introdução única, e muitas vezes edificante, e uma referência abrangente de técnicas para construir e analisar modelos matemáticos."—Volker Grimm, Ecologia Básica e Aplicada

"Eu recomendo altamente este livro para cada departamento de biologia da universidade porque ele fornece uma introdução única, e muitas vezes edificante, e uma referência abrangente de técnicas para construir e analisar modelos matemáticos."—Volker Grimm, Ecologia Básica e Aplicada

"Não posso deixar de pensar que os futuros autores de livros didáticos vão querer ter Otto e Day na frente e no centro da mesa de trabalho, pois esta é uma valiosa fonte de material ... Este livro se destaca e sua contribuição é bastante aparente. em suma, este livro é uma contribuição valiosa para a literatura, e um livro ao qual espero me referir regularmente em conexão com meus deveres de ensino e redação. "—Steven G. Krantz, Jornal UMAP

"Não posso deixar de pensar que os futuros autores de livros didáticos vão querer ter Otto e Day na frente e no centro da mesa de trabalho, pois esta é uma valiosa fonte de material ... Este livro se destaca e sua contribuição é bastante aparente. em suma, este livro é uma contribuição valiosa para a literatura, e um livro ao qual espero me referir regularmente em conexão com meus deveres de ensino e redação. "—Steven G. Krantz, Jornal UMAP

"[Um] ótimo livro... [M] uso intenso de figuras, ilustrações e exercícios... Fornecer ao leitor uma prática valiosa na construção de modelos e na implementação de técnicas matemáticas relacionadas. Certamente, recomendo este texto e posso atestar sua utilidade para pesquisadores iniciantes nas ciências biológicas. "—Jason M. Graham, Comentários MAA

"[Um] ótimo livro... [M] uso intenso de figuras, ilustrações e exercícios... Fornecer ao leitor uma prática valiosa na construção de modelos e na implementação de técnicas matemáticas relacionadas. Certamente, recomendo este texto e posso atestar sua utilidade para pesquisadores iniciantes nas ciências biológicas. "—Jason M. Graham, Comentários MAA

"Uma introdução maravilhosamente pedagógica à modelagem matemática em biologia populacional: um primeiro curso ideal para biólogos." - Simon A. Levin, Universidade de Princeton

"Este livro é um recurso de ensino incrível para o desenvolvimento de uma compreensão abrangente dos métodos e da importância da modelagem biológica. Mas, mais do que isso, este livro deve ser lido por todos os estudantes de biologia evolutiva e ecologia para que possam chegar a uma apreciação mais profunda de as ideias e modelos fundamentais que fundamentam esses campos. "- Patrick C. Phillips, University of Oregon

"Há um uso crescente da matemática nas ciências biológicas, mas o treinamento da maioria dos biólogos lamentavelmente ainda carece de ferramentas matemáticas cruciais. Sally Otto e Troy Day são dois mestres no uso hábil de modelos teóricos para cristalizar percepções conceituais sobre ecologia e evolução problemas, e neste livro maravilhoso eles tornam acessível a um público amplo o kit de ferramentas matemáticas essenciais que os biólogos precisam, tanto para ler a literatura quanto para criar e analisar modelos eles próprios. "- Robert D. Holt, Universidade da Flórida

“Freqüentemente sou solicitado por biólogos para recomendar um livro sobre modelagem matemática, mas devo dizer-lhes que não existe um único livro bom que os guiará através dos difíceis primeiros estágios de aprender a fazer modelos. O livro de Otto e Day preenche a lacuna. A qualidade é alta, a bolsa de estudos é sólida, o livro é abrangente. Os dois autores são cientistas de primeira linha. Acho que este será um clássico. "- Steven A. Frank, autor de Imunologia e evolução de doenças infecciosas

"Este livro fornece uma introdução geral à modelagem matemática - em particular, à modelagem populacional - nas ciências biológicas. No ano passado, ministrei um curso de nível 400 em modelagem matemática de sistemas biológicos e tive que fazer isso sem um livro didático porque nenhum texto adequado existia. O livro de Otto e Day teria atendido minhas necessidades lindamente. Este livro é um acréscimo importante ao campo. "- Carl Bergstrom, University of Washington

"Este livro tem o objetivo ambicioso e valioso de ensinar biólogos o suficiente sobre modelagem e métodos matemáticos para serem consumidores inteligentes de modelos e criadores competentes de seus próprios modelos. Sua concentração no processo de construção, em vez de analisar modelos, é seu ponto mais forte. "—Frederick R. Adler, autor de Modelando a Dinâmica da Vida: Cálculo e Probabilidade para Cientistas da Vida


Mais itens para explorar

Análise

"Um relato confiável e notavelmente atualizado dos muitos métodos comparativos que foram publicados recentemente ... É o tipo de livro para estimular o pensamento e o debate e seria um excelente material para uma série de discussão de pós-graduação. " -Suplemento The Times Higher Education

"Bem escrito ... Será um acréscimo bem-vindo à estante de livros da maioria dos biólogos evolucionistas." -American Journal of Physical Anthropology

"Descreve claramente a natureza das hipóteses e dos dados em biologia comparativa e as maneiras pelas quais os padrões históricos e processos de evolução influenciam os métodos quantatativos usados ​​para reunir e analisar dados que, por sua vez, informam as hipóteses." -Cientista americano


# 9. Comportar-se

& # 8220Behave & # 8221 é uma visão geral de & # 8230 Tudo que é humano.

É a ópera Magnus de Sapolsky e a única razão pela qual não é superior a # 9. é que & # 8220Behave & # 8221 não está focado na psicologia evolucionista, mas na psicologia humana e no comportamento em geral.
E uma vez que a psicologia evolutiva é tão central para o comportamento humano, tb lida com psicologia evolutiva.
Portanto, pode ser um ótimo texto para colocar a psicologia evolucionista em uma perspectiva mais ampla da estrutura, dos genes e da biologia do cérebro.

E quando se trata de qualidade, & # 8220Behave & # 8221 é uma das melhores fontes que você pode encontrar.
Quando li pela primeira vez & # 8220The Social Animal & # 8221, de Elliot Aronson, pensei que não poderia haver livro melhor sobre psicologia, psicologia social e pessoas.

Então comecei a ler & # 8220Behave & # 8221 e não tinha mais certeza.


Uma introdução aos métodos e modelos em ecologia, evolução e biologia da conservação

Este livro exclusivo apresenta aos alunos de graduação modelos quantitativos e métodos em ecologia, ecologia comportamental, biologia evolutiva e conservação. Ele explora os principais conceitos compartilhados por esses campos relacionados usando ferramentas e habilidades práticas, como design experimental, geração de filogenias, inferência estatística básica e redação de concessão persuasiva. E os colaboradores usam exemplos de suas próprias pesquisas de ponta, fornecendo diversos pontos de vista para envolver os alunos e ampliar sua compreensão.

Este é o único livro sobre o assunto que apresenta uma abordagem colaborativa de “aprendizado ativo” que enfatiza o aprendizado prático. Cada capítulo tem exercícios que permitem aos alunos trabalhar diretamente com o material em seu próprio ritmo e em pequenos grupos. Cada problema inclui dados apresentados em uma ampla variedade de formatos, que os alunos usam para responder a perguntas que ilustram padrões, princípios e métodos. Os tópicos variam desde equilíbrio de Hardy-Weinberg e tamanho efetivo da população até forrageamento ideal e índices de biodiversidade. O livro também inclui um glossário abrangente.

Além dos editores, os colaboradores são James Beck, Engenheiro Cawas Behram, John Gaskin, Luke Harmon, Jon Hess, Jason Kolbe, Kenneth H. Kozak, Robert J. Robertson, Emily Silverman, Beth Sparks-Jackson e Anton Weisstein.

  • Fornece experiência com teste de hipóteses, projeto experimental e raciocínio científico
  • Abrange os principais modelos quantitativos e métodos em ecologia, ecologia comportamental, biologia evolutiva e conservação
  • Transforma “seções de discussão” em “laboratórios de reflexão”

Professores: Um manual complementar do instrutor & # 8217s está disponível para este livro. É restrito a professores que usam o texto nos cursos. Para obter informações sobre como obter uma cópia, consulte: https://press.princeton.edu/class_use/solutions.html

"Braude e Low fornecem uma pesquisa de uma ampla variedade de exercícios estendidos em biologia evolutiva, ecologia populacional, genética populacional e análise estatística. Capítulos individuais também podem servir como tarefas suplementares úteis em muitos cursos introdutórios de biologia."Escolha

"Braude e Low fornecem um levantamento de uma ampla variedade de exercícios estendidos em biologia evolutiva, ecologia populacional, genética populacional e análise estatística. Capítulos individuais também podem servir como tarefas suplementares úteis em muitos cursos introdutórios de biologia."Escolha

"[Este livro] é para pessoas como eu - membros do corpo docente que irão comprá-lo e, em seguida, consertar, modificar, adaptar ou roubar os exercícios que ele contém para uso em seus próprios cursos relativamente restritos. E essa é, na verdade, uma contribuição valiosa à educação biológica americana! "—Arthur M. Shapiro, Revisão Trimestral de Biologia

"[Este livro] é para pessoas como eu - membros do corpo docente que irão comprá-lo e, em seguida, consertar, modificar, adaptar ou roubar os exercícios que ele contém para uso em seus próprios cursos relativamente restritos. E essa é, na verdade, uma contribuição valiosa à educação biológica americana! "—Arthur M. Shapiro, Revisão Trimestral de Biologia

"Eu gostei Uma introdução aos métodos e modelos em ecologia, evolução e biologia da conservação, e acho que seria um texto muito bom em sala de aula. Este livro pretende funcionar como um livro de laboratório, ensinando tópicos aos alunos conceitualmente, incentivando os usuários a trabalhar as expectativas manualmente e esboçar os resultados esperados. "—J. Michael Reed, Ecologia

"Eu gostei Uma introdução aos métodos e modelos em ecologia, evolução e biologia da conservação, e acho que seria um texto muito bom em sala de aula. Este livro pretende funcionar como um livro de laboratório, ensinando tópicos aos alunos conceitualmente, incentivando os usuários a trabalhar as expectativas manualmente e esboçar os resultados esperados. "—J. Michael Reed, Ecologia

"Eu gostei Uma introdução aos métodos e modelos em ecologia, evolução e biologia da conservação e acho que seria um texto muito bom em sala de aula. [O livro] apresenta uma boa seleção de problemas em todos os tópicos abrangentes. "—J. Michael Reed, Sociedade Ecológica da América

"Uma excelente fonte de ferramentas e inspiração e bem adequada para preparar o aluno de graduação para as abordagens metodológicas e numéricas usadas em ecologia e evolução."—Yann Clough, Ecologia Básica e Aplicada

"Uma excelente fonte de ferramentas e inspiração e bem adequada para preparar o aluno de graduação para as abordagens metodológicas e numéricas usadas em ecologia e evolução."—Yann Clough, Ecologia Básica e Aplicada

"O aspecto mais agradável deste livro é que ele é um verdadeiro guia de ensino. Os autores expõem os alunos a métodos quantitativos usando uma abordagem muito prática. Essa abordagem garante que os alunos se sintam mais confortáveis ​​com a análise de dados e métodos quantitativos, ao mesmo tempo que os ajuda para desenvolver o pensamento crítico e habilidades de resolução de problemas. Uma riqueza de experiência pessoal como aluno e professor obviamente contribuiu para a criação deste livro, e eu o recomendo para educadores que lidam com componentes deste texto "—Brad J. Farmilo, Ecologia Austral

"O aspecto mais agradável deste livro é que ele é um verdadeiro guia de ensino. Os autores expõem os alunos a métodos quantitativos usando uma abordagem muito prática. Essa abordagem garante que os alunos se sintam mais confortáveis ​​com a análise de dados e métodos quantitativos, ao mesmo tempo que os ajuda para desenvolver o pensamento crítico e habilidades de resolução de problemas. Uma riqueza de experiência pessoal como aluno e professor obviamente contribuiu para a criação deste livro, e eu o recomendo para educadores que lidam com componentes deste texto "—Brad J. Farmilo, Ecologia Austral

"Braude e Low combinam abordagens e metodologias de ecologia, evolução e comportamento e enfatizam exercícios quantitativos. A maioria dos outros livros com os quais estou familiarizado é amplamente focada em ecologia ou evolução. Para mim, faz sentido combinar todo esse material. sob uma única capa. Não consigo pensar em outro livro como este. "- Jonathan Shurin, University of British Columbia

"Uma contribuição muito útil. Os autores expõem os alunos a métodos quantitativos usando uma abordagem muito prática. Os exercícios aumentam o conforto dos alunos com a análise de dados e métodos quantitativos, ao mesmo tempo que os ajudam a desenvolver o pensamento crítico independente e habilidades práticas de resolução de problemas. I não conheço nenhum outro livro-texto que ofereça essa abordagem em evolução e ecologia. "- Suzanne H. Alonzo, Yale University

"Este livro foi elaborado para ensinar métodos ecológicos básicos para alunos de graduação usando uma série de exercícios interativos. Ele promove o aprendizado real em oposição à memorização. É uma contribuição significativa para o campo." - Susan L. Keen, Universidade da Califórnia, Davis

"Este é um livro interessante e até divertido de exercícios de laboratório e de campo que representam uma riqueza de experiência pessoal no ensino dos fundamentos da ecologia e da teoria da evolução, bem como os fundamentos do método científico, projeto de estudo e análise. O livro inclui muitas joias. "- David K. Skelly, Universidade de Yale


6. Abiogênese

Este é um tópico comum na conversa. Origens, muitos criacionistas argumentam contra a origem da vida ao tentar refutar a ancestralidade comum. Infelizmente, a pesquisa da abiogênese é um campo em rápida evolução e todos os livros que conheço estão bastante desatualizados. Ainda assim, alguns títulos servem como boas introduções ao tópico.

Este é um dos dois títulos que vi à venda em serviços criacionistas e convencionais de pedido de livros. É a melhor introdução às várias hipóteses de abiogênese e seus pontos fortes e fracos. Na minha opinião, Shapiro é um pouco cético demais, e hoje teria que engolir algumas de suas críticas - apenas nove anos após a data de publicação.

Cairns-Smith, A.G., Seven Clues to the Origin of Life. (1995, Cambridge University Press, ISBN 0-521-39828-2.)

Cairns-Smith é o defensor mais conhecido da hipótese da "vida no barro". Este livro descreve o que Cairns-Smith acredita ser os principais problemas com cenários de abiogênese "padrão" e uma visão geral de sua autoria. O livro é legível, mas não técnico e não referenciado (é uma versão leiga de Aquisição Genética, que é técnico e bem referenciado).

Fox, Ronald W., Energy and the Evolution of Life. (1988, W.H. Freeman and Company, ISBN 0-7167-1870-7.)

Fox discute a abiogênese, principalmente a partir de uma perspectiva de fluxo de energia. O livro é razoavelmente técnico. Contesta alguns dos argumentos dos criacionistas contra a origem da vida, que são supostamente baseados na termodinâmica.


7.3: O Modelo Mk

  • Contribuição de Luke J. Harmon
  • Professor (Ciências Biológicas) na University of Idaho

O modelo mais básico para a evolução discreta do personagem é chamado de modelo Mk. Desenvolvido pela primeira vez para dados de características por Pagel (1994, embora o nome Mk venha de Lewis 2001). O modelo Mk é um análogo direto do modelo Jukes-Cantor (JC) para a evolução da sequência. O modelo se aplica a um personagem discreto tendo k estados não ordenados. Esse personagem pode ter k =𔀪, k& # 8196 = & # 81963 ou até mais estados. A evolução envolve a mudança entre estes k estados (Figura 7.3).

Figura 7.3. Exemplos de caracteres discretos com (A) k& # 8196 = & # 81962, (B) k& # 8196 = & # 81963, e (C) k& # 8196 = & # 81964 estados. Imagem do autor, pode ser reutilizada sob uma licença CC-BY-4.0.

A versão básica do modelo Mk assume que as transições entre esses estados seguem um processo de Markov. Isso significa que a probabilidade de mudar de um estado para outro depende apenas do estado atual e não do que veio antes. Por exemplo, não faz diferença se uma linhagem acabou de desenvolver o traço de & ldquofeathers & rdquo ou se eles tiveram penas por milhões de anos & ndash a probabilidade de desenvolver um estado de caráter diferente é a mesma em ambos os casos. O modelo Mk básico também assume que cada estado tem a mesma probabilidade de mudar para qualquer outro estado.

Para o modelo Mk básico, podemos denotar a taxa instantânea de mudança entre os estados usando o parâmetro q. Em geral, qeuj é chamada de taxa instantânea entre os estados dos caracteres eu e j. É definido como o limite da taxa medida em intervalos de tempo muito curtos 1.

Podemos resumir modelos gerais de Markov para caracteres discretos usando uma matriz de taxa de transição (Lewis 2001):

Observe que as taxas instantâneas são inseridas apenas nas partes fora da diagonal da matriz. Ao longo da diagonal, essas matrizes sempre possuem um conjunto de números negativos. Para qualquer Q matriz, a soma de todos os elementos em cada linha é zero & ndash uma condição necessária para uma matriz de taxa de transição. Por causa disso, cada número negativo tem um valor, deu, igual à soma de todos os outros números da linha. Por exemplo,

Para um modelo Mk de dois estados, k& # 8196 = & # 81962 e as taxas são simétricas para que q12 = q21. Neste caso, podemos escrever a matriz de taxa de transição como:

Da mesma forma, para k& # 8196 = & # 81963, a matriz da taxa de transição é:

Em geral, a matriz de transição k-state para um modelo Mk básico é:

$ mathbf = begin 1-k & amp 1 & amp dots & amp 1 1 & amp 1-k & amp dots & amp 1 vdots & amp vdots & amp ddots & amp vdots 1 & amp 1 & amp dots & amp 1 end label <7,5> $

Uma vez que temos esta matriz de taxa de transição, podemos calcular a distribuição de probabilidade de estados de características após qualquer intervalo de tempo t usando a equação (Lewis 2001):

Esta equação parece simples, mas calculista P(t) envolve exponenciação da matriz e aumento ndash e a uma potência definida por uma matriz. Este cálculo é substancialmente diferente de aumentar e à potência definida por cada elemento de uma matriz 2. O resultado é uma matriz, P, de probabilidades de transição. Cada elemento nesta matriz (peuj) dá a probabilidade de que começar no estado eu você vai acabar no estado j durante aquele intervalo de tempo t. Para o modelo Mk padrão, há uma solução geral para esta equação:

Se considerarmos o que acontece quando o tempo fica muito grande nessas equações, vemos um padrão interessante. Qualquer termo que tenha e &menost nele fica cada vez mais perto de zero à medida que t aumenta. Por causa disso, para todos os valores de k, cada peuj(t) converge para um valor constante, 1 /k. Esta é a distribuição estacionária de estados de caracteres, & pi, definido como a frequência de equilíbrio dos estados de caractere se o processo for executado muitas vezes por um período de tempo longo o suficiente. Em geral, a distribuição estacionária de um modelo Mk é:


Uma introdução aos métodos e modelos em ecologia, evolução e biologia da conservação

Este livro exclusivo apresenta aos alunos de graduação modelos quantitativos e métodos em ecologia, ecologia comportamental, biologia evolutiva e conservação. Ele explora os principais conceitos compartilhados por esses campos relacionados usando ferramentas e habilidades práticas, como design experimental, geração de filogenias, inferência estatística básica e redação de concessão persuasiva. E con Este livro exclusivo apresenta aos alunos de graduação modelos quantitativos e métodos em ecologia, ecologia comportamental, biologia evolutiva e conservação. Ele explora os principais conceitos compartilhados por esses campos relacionados usando ferramentas e habilidades práticas, como design experimental, geração de filogenias, inferência estatística básica e redação de concessão persuasiva. E os colaboradores usam exemplos de suas próprias pesquisas de ponta, fornecendo diversos pontos de vista para envolver os alunos e ampliar sua compreensão.

Este é o único livro sobre o assunto que apresenta uma abordagem de aprendizagem ativa colaborativa que enfatiza a aprendizagem prática. Cada capítulo tem exercícios que permitem aos alunos trabalhar diretamente com o material em seu próprio ritmo e em pequenos grupos. Cada problema inclui dados apresentados em uma ampla variedade de formatos, que os alunos usam para responder a perguntas que ilustram padrões, princípios e métodos. Os tópicos variam desde o equilíbrio de Hardy-Weinberg e o tamanho efetivo da população até o forrageamento ideal e índices de biodiversidade. O livro também inclui um glossário abrangente.

Além dos editores, os colaboradores são James Beck, Engenheiro Cawas Behram, John Gaskin, Luke Harmon, Jon Hess, Jason Kolbe, Kenneth H. Kozak, Robert J. Robertson, Emily Silverman, Beth Sparks-Jackson e Anton Weisstein.

Fornece experiência com teste de hipóteses, projeto experimental e raciocínio científico

Abrange os principais modelos quantitativos e métodos em ecologia, ecologia comportamental, biologia evolutiva e conservação


Visão geral

Resumo

Os especialistas examinam novas estratégias de modelagem para a interpretação de dados biológicos e sua integração na estrutura conceitual da biologia teórica, detalhando abordagens que se concentram na morfologia, desenvolvimento, comportamento ou evolução.

Abstract and conceptual models have become an indispensable tool for analyzing the flood of highly detailed empirical data generated in recent years by advanced techniques in the biosciences. Scientists are developing new modeling strategies for analyzing data, integrating results into the conceptual framework of theoretical biology, and formulating new hypotheses. In Modeling Biology, leading scholars investigate new modeling strategies in the domains of morphology, development, behavior, and evolution. The emphasis on models in the biological sciences has been accompanied by a new focus on conceptual issues and a more complex understanding of epistemological concepts. Contributors to Modeling Biology discuss models and modeling strategies from the perspectives of philosophy, history, and applied mathematics. Individual chapters discuss specific approaches to modeling in such domains as biological form, development, and behavior. Finally, the book addresses the modeling of these properties in the context of evolution, with a particular emphasis on the emerging field of evolutionary developmental biology (or evo-devo).

Contribuidores Giorgio A. Ascoli, Chandrajit Bajaj, James P. Collins, Luciano da Fontoura Costa, Kerstin Dautenhahn, Nigel R. Franks, Scott Gilbert, Marta Ibañes Miguez, Juan Carlos Izpisúa-Belmonte, Alexander S. Klyubin, Thomas J. Koehnle, Manfred D. Laubichler, Sabina Leonelli, James A. R. Marshall, George R. McGhee Jr., Gerd B. Müller, Chrystopher L. Nehaniv, Karl J. Niklas, Lars Olsson, Eirikur Palsson, Daniel Polani, Diego Rasskin Gutman, Hans-Jörg Rheinberger, Alexei V. Samsonovich, Jeffrey C. Schank, Harry B. M. Uylings, Jaap van Pelt, Iain Werry

Hardcover

Paperback

Compartilhado

Editors

Manfred D. Laubichler

Gerd B. Müller

Endossos

Modeling Biology explores the epistemic role of a wide variety of models and modeling practices in contemporary biology. Using examples from current research in morphology, development, behavior, and evolution, the contributors offer critical reflections on the intricate interplay of experiment and model-building, as creative imaginations equipped with the power of modern computing search for the patterns that underlie and inform the complex variety of the living world. In a nice twist, the authors show how models have grown and evolved with their subjects, thus taking on their own form of life.


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