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双倍体Penna模型的蒙特卡洛研究

作　者: 刘毓明
导　师: 王宙斐
学　校: 东北师范大学
专　业: 理论物理
关键词: MonteCarlo模拟 Penna模型双倍体有性繁殖种群
分类号: Q-33
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

一个生物体在其死亡前,身体机能随着时间的变化而稳定衰退的过程即为老化。由于传统生物试验方法的局限性,老化试验同其他试验相比难以得到明确的结果,并且试验很难再现。所以一段时间以来很多物理学家加入到这一领域,像人们利用遗传算法和神经网络这些从自然界中得到灵感的计算技术解决其他问题一样,物理学家们开始试图利用统计物理的知识来解决生物学领域的问题。1952年Medawar(梅达沃,巴西生物学家)提出了生物衰老的突变积累理论,即衰老是由有害突变和自然选择组成的热力学平衡的结果。1995年T.J.P.Penna根据这一理论提出了Penna模型。模型用字节串来代表生物个体基因,引入了一些生存、死亡和繁殖机制来模拟种群的繁衍变化。该模型在解释生物界中的某些现象上取得了很大的成绩,己经成为解释生物老化问题的最主要的MonteCarlo模拟手段之一。但是由于目前对双倍体Penna模型的动力学性质研究的不足及模型的Verhulst因素固有的缺陷,限制了Penna模型在有性繁殖物种进化方面的应用。因此本文对双倍体Penna模型作了进一步的特性研究及模型改进。文中首先对Penna模型的无性和有性形式以及模型的各种应用进行了综述,并介绍了模型研究的发展现状。之后本文针对有性繁殖的双倍体Penna模型进行了详细地Monte Carlo模拟研究,得出了几个较为重要的结论,如在较小的生育比例的情况下有性种群可以避免基因溶解的情况的发生,以及在生命晚期起作用的显性疾病遗传基因元是导致种群在生命晚期某些年龄上出现死亡高峰的主要原因等。最后本文对双倍体Penna模型进行了三个主要的改进:(1)增加一组独立的非时间序基因组,(2)第一次在Penna模型中使用了有表现度和适应度排序的三种基因元,(3)把环境死亡因素修改成为为基因适应度作用下的Verhulst死亡因素。通过对改进模型的模拟计算,得到了科技进步是导致人口膨胀的原因,及短时间内多次环境巨变可能导致物种灭绝等符合实际的结果,证明了这些改进增强了环境因素对种群进化的影响。这些研究结果可以丰富并加深人们对生物老化的Penna模型的认识和理解,在一定程度上拓宽了模型的应用范围。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-6
目录  6-7
引言  7-10
第一章 Penna 模型理论描述和动力学分析  10-20
  1.1 物理学角度看生物老化  10
  1.2 标准Penna模型  10-14
    1.2.1 标准Penna模型描述  10-11
    1.2.2 标准 Penna 模型的一些主要性质  11-14
  1.3 Penna 模型的数学描述  14-19
    1.3.1 Penna 模型的数学分析及方程描述  14-15
    1.3.2 均衡解的存在性及其描述  15-17
    1.3.3 分析结果  17-19
  1.4 本章小结  19-20
第二章有性繁殖的双倍体 Penna 模型  20-25
  2.1 有性繁殖的双倍体 Penna 模型描述  20-21
  2.2 模拟结果  21-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章双倍体 Penna 模型的特性  25-34
  3.1 最大生育年龄Rf对双倍体Penna模型的影响  25-27
  3.2 抗病能力T 对双倍体Penna 模型的影响  27-28
  3.3 最小生育年龄R 对双倍体Penna 模型特性曲线的影响  28-30
  3.4 附加死亡机制对双倍体模型的影响  30-32
  3.5 显性位分布对双倍体 Penna 模型的影响  32-33
  3.6 本章小结  33-34
第四章双倍体 Penna 模型的改进  34-40
  4.1 双倍体 Penna 模型的改进描述  34-35
  4.2 模拟结果  35-38
  4.3 本章小结  38-40
结论  40-41
参考文献  41-43
致谢  43

双倍体Penna模型的蒙特卡洛研究

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