熵的多面性与马尔可夫链熵的应用初探

熵概念是19世纪针对孤立系统准静态自然演变的定量描述而引入的。它描述了不可逆性事物的演化,因而是描述耗散系统演变、多样性和不稳定性的一个非常重要概念。通过对熵概念的发展和多面性的分析,在不同外界环境约束下的系统的演化性质可用熵概念描述。按照经典概念,物理学中研究的简单物系与生物生存环境的复杂系统有着显著的区别。的确,人们不可能想象出经典动力学的简单模型的简单性与我们在生命的演化或人类社会的历史中所发现的复杂过程之间的差别究竟有多大。但今天,这种差别已开始缩小。首先是物质在远离平衡条件下新的基本性质的发现,其次是动力体系的现代理论的发展(尤其是混沌运动)。这些新方法导     

应用突变论研究麦蚜生态系统的防治策略

数学模型大多用来描述连续的光滑的变化过程。然而,自然现象的许多变化并非连续的渐变过程,如火山爆发、地震、DNA的转位因子、裂脑人的行为以及生物种群的消长与生死过程等。为描述这类突变现象,R.Thom于1969年提出了一种突变论模型。它是由拓扑学——数学的一个分支发展起来的。由于突变模型可用来描述许多微分方程无法刻画的自然现象,特别能描述生物学、生态学、医学、社会学等方面许多复杂的突变现象,因此这类模型     

DNA分子计算与DNA计算机的研究进展

生物分子计算与DNA计算机是计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域. DNA计算机的特点是具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力, 因而被认为有望解决电子计算机所面临的评价问题. 本文在介绍DNA计算机的基本概念基础上, 围绕DNA计算机的原理、计算模型和在多方面的应用等关键问题, 分析讨论了粘贴模型、剪接模型和等价检查模型等常用的DNA计算模型, 并对DNA计算机在NP问题、遗传分析与临床诊治、防伪和译码技术以及游戏与机器人等领域的研究进展和应用前景进行了探讨. 最后讨论了DNA计算机未来可能的发展方向.     

八面体钼酸镉纳米体系反应动力学及表面热力学性质的粒度效应

采用室温反相微乳液法制备不同粒度的八面体钼酸镉CdMoO4,利用微量热技术获取不同粒径产物与盐酸反应过程的原位热动力信息,结合热动力学理论、过渡态理论和热化学循环法,获得了不同粒径八面体钼酸镉CdMoO4的反应动力学参数及表面热力学函数,并讨论粒度、温度对其化学反应动力学和表面热力学性质的影响规律及其原因.结果表明,速率常数、比表面Gibbs自由能、比表面焓、比表面熵和比表面能随粒径减小而增大,表观活化能、活化Gibbs自由能、活化焓和活化熵则均随粒径减小而减小;且速率常数、活化Gibbs自由能、比表面焓和比表面熵均随温度升高而增大,比表面Gibbs自由能随温度变化则相反.在30~200nm范围存在临界尺寸使钼酸镉材料表面热容性质发生突变,表现为区别于传统储能材料的独特热容性质.     

基于原子力显微镜的单个DNA分子压弹性测量

介绍了一种基于振动模式扫描极化力显微镜在小力区(< 0.5 nN)测量柔软的生物分子压弹性的方法, 并利用此方法研究了DNA分子在直径方向(垂直于双螺旋方向)的压缩性质. 实验结果表明固定在云母表面的DNA分子具有很好的弹性, 在外力作用下DNA的径向形变可达到~50%, 当外力撤销后, 其形变可以完全恢复. 另外统计了20段DNA分子上20个点的高度与所受压力的关系, 并由此初步估算了DNA分子的弹性常数.     

生物多样性丧失机制研究进展

生物多样性是地球上所有生命形式的总称,包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性.其中,物种多样性是核心,它既体现了生物与环境之间的复杂关系,又体现了生物资源的丰富性;物种的保护是生物多样性保护的主要内容.生态系统内的物质循环和能量流动是通过许多错综复杂的食物链和食物网完成的,而动物有机体在此过程中起关键作用.因此,物种多样性,特别是动物种类多样性将直接影响整个生态系统的功能.然而,随着世界人口的持续增长和经济全球化的快速发展,人类社会对地球上的生物多样性造成了愈来愈显著的影响,在这一过程中产生的诸如栖息地丧失与破碎化、过度利用、环境污染、气候变化等现象已对物种的生存产生了严重威胁.本文以生物多样性丧失为主线,回顾了近10多年来在该方向的主要进展,重点关注人类活动对物种多样性的影响,分析了生物多样性丧失的主要原因、特征及其危害,介绍了生物多样性研究的最新方法,并根据我国生物多样性的现状提出了未来生物多样性研究中需要重点关注的科学问题.     

生物多样性与文化多样性

生物多样性和文化多样性是近年来国内外的热门话题.维护世界的多样性是可持续发展的基本保证,保护自然界的生物多样性和社会的文化多样性已是世界各国人民和政府的共识,1992年世界环境与发展高峰会议通过的<生物多样性公约>和2005年10月联合国教科文组织会议正式通过的<保护和促进文化表现形式多样性公约>充分表达了世界各国的这种共识.     

生物多样性科学研究进展

<正>生物多样性科学是关于生物多样性及其保护的科学,20世纪90年代逐步形成,并得到了快速发展[1].近年来,随着研究的深入,新的成果不断涌现.为了促进国内生物多样性科学研究者的学术交流,中国科学院生物多样性委员会联合相关部门自1994年开始每两年召开一次全国生物多样性保护与持续利用研讨会.2012年在哈尔滨召开的第十届研讨会有500余人参加,大会报告和部分专题报告受到同行的高度评价.为了让更多的同行了解国内外生物多样性科学研究进展,我们邀请部分报告人和参会同行一起组织了本专辑.     

植物DNA条形码技术应用于大样地群落学研究

DNA条形码技术在生物分类学、进化生态学、分子系统学、生物多样性科学、医学检疫等学科和领域发挥着重要作用.本文梳理了近些年国内外以森林大样地为平台,利用植物DNA条形码(即叶绿体基因片段rbcL,matK和trnH-psbA)在群落水平研究获得的若干重要进展.围绕植物DNA条形码技术如何应用于大样地群落学研究这一主线,从基本原理出发,以研究案例为基础进行了相应的评述,提炼出以下4方面:(1)鉴别群落水平上的植物材料时,利用多个DNA条形码片段的组合能达到较高的物种鉴别率,而单个片段效果较好的为trnH-psbA,其次是matK和rbcL;(2)构建大样地植物群落系统发育关系时,搭配使用不同进化速率的条形码片段,以超级矩阵(Supermatrix)方法排列DNA序列,在系统发育树构建软件上可获取较好的分支精度并得到较高的节点支持率;(3)DNA条形码系统发育关系与群落生态学研究结合时,能增强对群落共存机制和群落构建方式的探索和阐释能力;(4)DNA条形码系统发育关系应用于生物多样性指数计算时,能增强多样性指数的分辨能力和评估手段.植物DNA条形码技术已在类群和群落水平上应用并得到较好的效果;建议与传统的Phylomatic等方法互补优势,在原有基础上进行适当的完善,如优化取样策略、增加具有更多信息量的核基因片段ITS等,提升DNA条形码技术的整体性能,使该技术在区域和全球水平上开展群落学研究时也能较好地应用.     

粘贴DNA计算机模型(Ⅰ): 理论

粘贴模型(sticker models)是目前DNA计算机模型中的一种主要模型之一. 该模型采用单、双链混合型DNA分子进行编码, 具有在生物操作过程中不需要DNA链的延伸、不需要生物酶的作用以及DNA链可重复使用等优点. 因而受到不同学科学者的关注与兴趣. 对此模型分理论、应用两个部分进行了比较系统地论述, 理论部分的具体内容是: 首先比较系统地介绍了粘贴计算的经典模型的有关基本理论; 其次讨论了在粘贴模型与形式语言基础上建立起来的一种抽象的计算模型——粘贴系统; 第三, 对粘贴模型进行了推广和进一步的完善, 提出两种在应用上更为广泛、理论上进一步完善的模型: 一个是所谓的k-进制粘贴模型, 另一个是所谓的全信息粘贴DNA计算模型.     

DNA缩短法计算模型求解最大独立集问题

提出了一种基于环形DNA缩短法的新型计算模型. 该模型可以求解n个顶点m条边的图的最大独立集. 算法的时间复杂度是O(n+m). 随着问题规模的增大, 计算所需的试管数量呈线性增长. 在计算模型的生物操作中, 有两个主要技术: DNA分子内环化和DNA长度逐步缩短. 结合反向PCR(聚合酶链式反应), 磁珠吸附和环化酶催化等多种方法, 在求解步骤中, DNA分子的结构在线性双链DNA(dsDNA)、线性单链DNA(ssDNA)和环形单链DNA之间进行循环变化. 利用环形DNA分子的结构特点, 在计算过程中避免了DNA分子间重组. 为了证实该DNA计算模型的可行性, 利用其求解了一个最大独立集问题的实例.     

什么决定了物种的多样性?

物种多样性是生物多样性在物种水平上的表现.物种是构成生态系统多样性的基本单元,同时又是遗传多样性的主要载体.物种还是人类社会持续发展所依赖的、需要重点保护的资源.因此,回答"什么决定了物种的多样性"兼具重要的理论和实际意义.首先,从漫长的生命演化历史来看,物种多样性总量受物种形成和物种灭绝两个相互对立的力量所支配,这种"生"与"死"的较量决定了物种多样性的发展及其波动规律.其次,在局部和较小的时间尺度上,生物生存的地理区域以及气候条件是决定物种多样性的关键因素.尽管已有许多不同的假说被提出,但由于地域因素和气候因素无法分割,迄今仍很难通过某种特定模型对物种多样性做出准确的评估和预测.再次,生物类群的生物学特性也会影响自身的物种形成或灭绝的速率,从而造成不同类群在多样化速率上的不同以及面对外部环境变化在适应能力上的差异.最后,需要强调的是,人为因素是影响物种多样性水平及其变化的不可忽视的重要因子.这一方面来自人类社会发展和人口膨胀对物种多样性产生的不利影响;另一方面在于人类对自然界生命认识的欠缺,包括至今都没有一个明确、可操作的物种概念,物种发现、描述和分类等基础性工作仍任重而道远.     

摩擦磨损过程的非平衡态热力学研究

摩擦学是一个高度交叉的综合性的边缘学科.影响摩擦磨损过程的因素不仅众多,而且存在复杂的非线性相互作用.与其他技术基础学科相比,摩擦学理论对工程的指导作用远远处于落后的地位,因而必须转换角度,从综合和系统的观点加强定量模型的研究.非平衡态热力学研究的发展为这一研究提供了理论基础.本文提出以熵平衡关系和超熵产生不等式为基础,以熵为表征参数的学术观点.在此基础上对摩擦磨损过程进行了系统的分析.并按照熵平衡关系将摩擦磨损过程分解为热传导、扩散、粘滞性流动和摩擦化学反应四个子过程,回顾和总结了相应的研究状况,指出了进一步研究的方向.     

动态点击

我科学家发现生物遗传突变普遍机制在丰富多彩的生命世界里,究竟是什么原因造就了诱人的生命多样性?南京大学教授经多年潜心研究,大胆提出"Indel诱变假说",用新发现的"遗传突变的普遍机制"破解了生物学上的诸多悬念。     

蛋白质变性中的熵-焓互补现象

根据３０００多组热力学实验数据发现，在蛋白质变性过程中普遍存在熵－焓互补现象。研究表明，伴随蛋白质变性发生的水分子重组是这种熵－焓互补现象的原。熵－互补使蛋白质性，只发生小范围的自由能变化，既满足了生理过程的要求，又不必牺牲蛋白的生物多样性。     

基于分子标记的野生大豆居群遗传多样性估算与取样策略

遗传多样性是生物多样性的基础和最重要组成部分, 正确评价物种及其居群的遗传多样性是有效保护和利用生物种质资源的必要条件. 以一个野生大豆自然居群(面积约为10000 m²)为研究材料, 从中随机选取了100棵植株, 分别用3种分子标记AFLP, ISSR和SSR对其遗传多样性进行分析, 并采用计算机模拟方法, 从这100棵植株中随机抽取不同大小(5~90个个体)的样本(抽样群体)各50次, 对其主要遗传多样性参数进行了计算, 旨在探讨利用不同分子标记检测该野生大豆居群的主要遗传多样性参数, 即位点的预期杂合度(H_e)、Shannon多样性指数(I)和多态位点百分率(P)的差异和变化趋势以及随抽样群体样本量的不断增加这些参数的变化规律. 结果表明, 不同分子标记检测到同一野生大豆居群的各种遗传多样性参数值不同; 同一居群中的不同样本量对遗传多样性参数的估算值有较大影响; 用不同分子标记进行遗传多样性参数的估算时, 多态位点百分率相对具有可比性; 选用不同的遗传多样性参数来反映居群90%以上的总体遗传变异时需要不同的样本量, 当选用多态位点百分率(P)时, 30~45个植株才能代表总体90%以上的遗传变异. 本研究为评价植物居群遗传多样性和采用合理的保护取样策略提供了科学依据.     

生物多样性:价值及其与全球变暖的关系

1998年全球气候达创纪录高温,1999年入夏以来北大西洋两岸等中高纬度地区又出现了创纪录高温天气.美国副总统戈尔曾警告地球变暖会加重自然灾害.全球变暖正困扰着人类,与之密切相关的是生物多样性减少.本文在介绍生物多样性概念、研究层次及生物多样性重要价值的基础上,分析了生物多样性与全球变暖的相互影响关系.旨在引起人们对生物多样性的关注,促进对生物多样性的保护,保护生物多样性就是保护人类自己.中国环境保护21世纪议程15.3条指出"生物多样性为中国国民经济和社会发展提供了充实的物质基础和可靠的环境保障,因此在中国社会经济建设中居于重要的战略地位."     

圆周上一类连续自映射

1.到目前为止,已有很多作者讨论了圆周自映射所产生的动力系统性质。例如,文献[1]系统地研究了圆周自映射的拓扑熵,并在某些情形下得到了拓扑熵下限的最好估计。但是,就作者所知,目前还没有人论及圆周自映射的非游荡集结构,圆周自映射的拓扑熵为零的充要条件和圆周自映射的周期集合,周期点集、非游荡集和拓扑熵之间的关系。毫无疑问,这些问题都是重要的。     

为生物多样性与人类未来而战

<正>生物多样性是人类赖以生存发展的物质基础,却受到了人类及其活动的肆虐,当前正在经历地球史上的第六次大灭绝.值得庆幸的是,面对日益严峻的生物多样性灭绝态势,联合国于2012年成立了"生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台"(The Intergovernmental SciencePolicy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services, IPBES),旨在通过全球性的共同行动遏制生物多样性的快速丧失,从而改善人类的福祉.然而, IPBES内部对如何评估生物多样性的价值出现了分歧,对采用新的评估方法还     

随机断裂模型对7Li离子致DNA链断裂碎片长度分布的分析

用随机断裂模型分析了重离子电离辐射致质粒DNA双链断裂(dsb)的片段长度分布, 随机断裂模型中的u为平均每个DNA上的双链断裂数, 并可直接由实验得到. 分析表明在低剂量时, 随机断裂模型都不能描述DNA的碎片分布. 在较高剂量时, 随机断裂模型可以较好地符合实验结果, 说明了在较大剂量情况下, 重离子诱发的DNA碎片的长度分布具有随机统计性质.