互惠—寄生耦合系统的稳定性及空间斑图研究

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寄生物与宿主之间协同进化的研究早已在生命科学领域引起广泛关注.现有研究寄生物与其宿主协同进化的模型几乎都是基于寄生物将会导致宿主种群减少的前提建立的.然而,寄生物在很多情况下也会促进宿主种群的增长,比如低密度的寄生物能提高宿主的免疫力从而提高宿主的存活率.基于这一前提假设,本文在经典的Lotka-Volterra模型和Leslie型捕食者-食饵模型基础上,引入寄生物对宿主的固有促进水平参数K,建立了一类互惠-寄生耦合模型.利用微分方程稳定性理论对模型进行分析,发现系统平衡点的稳定性与固有促进水平 K密切相关.分析显示,在不同的固有促进水平 K下,寄生物与宿主将会以稳定均衡或周期振荡的形式持续共存.文中数值模拟实验表明在一定条件下系统会出现Hopf分岔现象,并且随着固有促进水平 K的增大,系统还会出现稳定的极限环,这表明随着固有促进水平 K的增大,寄生物与宿主由稳定共存转变为变振幅、变周期的振荡共存.当固有促进水平参数 K为零时,我们的模型就转化为经典的Leslie型捕食者-食饵模型.   本文还研究了具有扩散及交叉扩散的互惠-寄生耦合空间模型,给出了发生Hopf和Turing分支的临界参数条件,而且在二维参数空间中确定了精确的Turing区域.利用数值模拟,发现该模型具有丰富的动力学行为,得到了不同的空间斑图结构,包括黑眼(点状)、红眼(点状)以及迷宫斑图结构.这些结果为理解生态学中种群间的相互作用机制提供了一定的理论依据.
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