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出版者:Academic Pr

作者:Schatten, Gerald P. (EDT)

出品人:

頁數:318

译者:

出版時間:

價格:149.95

裝幀:HRD

isbn號碼:9780121531744

叢書系列:

圖書標籤:

• Developmental Biology
• Embryology
• Molecular Biology
• Genetics
• Cell Biology
• Animal Development
• Model Organisms
• Signaling Pathways
• Evolutionary Developmental Biology
• Stem Cells

《演化、復雜性與新興秩序：從基礎結構到全球係統動力學》 圖書簡介 本書旨在深入探討生命科學、物理學和社會科學交匯領域的前沿課題，特彆是圍繞“演化（Evolution）”、“復雜性（Complexity）”和“新興秩序（Emergent Order）”這三大核心概念展開。我們聚焦於從微觀的分子機製到宏觀的生態與社會係統，探討結構如何自發形成、信息如何在係統中傳遞與儲存，以及係統如何在時間軸上産生不可預測的、突破性的新屬性。本書的撰寫風格力求嚴謹而不失啓發性，結閤最新的計算模型、實驗數據和跨學科理論框架，為讀者描繪一幅關於世界如何從簡單走嚮精妙的動態圖景。 第一部分：演化的深層機製與信息儲存 本部分將超越傳統生物學對自然選擇的描述，探討演化在更廣闊的物理和化學背景下的基礎驅動力。 第一章：自催化與非平衡態下的化學演化 我們從化學熱力學齣發，探討生命起源前，能量梯度（如深海熱泉或地錶環境）如何驅動簡單的有機分子進入自組織狀態。重點分析瞭代謝網絡的早期形態，即化學反應如何通過正反饋循環實現自我維持，並最終跨越界限，形成原始的細胞結構（Protocells）。內容涵蓋瞭超循環理論（Hypercycles）的數學模型及其在化學自組織中的作用，以及磷脂雙分子層在維持內部穩定環境方麵的關鍵作用。我們探討瞭信息如何在分子層麵被“編碼”和“復製”，即使在沒有明確核酸序列的早期階段。 第二章：演化空間與適應性景觀的拓撲學 本章引入瞭計算生物學和拓撲學工具來描述適應性景觀（Fitness Landscape）。我們不再將景觀視為簡單的山丘，而是將其視為一個多維、崎嶇不平的拓撲空間。演化路徑被視為在這一空間中的“爬升”或“漂移”。深入分析瞭尖峰演化（Punctuated Equilibria）如何從景觀的結構中自然産生，而非僅僅是化石記錄的偏見。討論瞭多基因相互作用（Epistasis）如何使適應性景觀變得崎嶇，從而導緻演化路徑對初始條件的敏感性。 第三章：基因調控網絡的穩健性與可塑性 聚焦於現代生物學中，基因網絡如何實現功能穩健性（Robustness）——即在麵對內部突變或外部環境乾擾時，仍能維持基本生命功能的能力。通過布爾網絡和微分方程模型，分析瞭關鍵調控樞紐（Hubs）的作用。同時，也討論瞭這種穩健性背後的代價：可塑性（Plasticity）的限製。係統如何在維持現有功能的同時，為未來的快速演化（例如應對氣候突變）預留“可演化性”（Evolvability）的儲備。 第二部分：復雜係統的湧現現象與自組織原理 本部分將視角從生物體內部轉嚮多主體相互作用的係統，重點研究“湧現（Emergence）”的規律。 第四章：非綫性動力學與相變理論 係統復雜性研究的核心在於非綫性。本章詳細闡述瞭控製論和混沌理論的基礎。從經典的洛倫茲吸引子到生物係統中常見的振蕩現象（如細胞周期或神經元同步），我們展示瞭簡單的規則如何通過迭代放大，産生復雜的、看似隨機的行為。引入相變（Phase Transitions）的概念，解釋瞭係統如何突然從一種有序狀態跳躍到另一種截然不同的有序狀態（如從液體到固體，或從單細胞到多細胞）。 第五章：信息、熵與耗散結構 根據普裏高津（Prigogine）的工作，我們將復雜係統置於非平衡熱力學的框架下。係統通過不斷地與環境進行物質和能量交換，耗散能量，從而在遠離熱力學平衡的區域中，形成高度有序的耗散結構（Dissipative Structures）。本章著重探討瞭信息熵（Information Entropy）在維持這些結構中的作用：係統如何通過處理和降低局部信息熵來組織自身，同時必然增加宇宙總體的熵。 第六章：群體行為的建模：從蟻群到城市流動 本章應用元胞自動機（Cellular Automata）和基於個體的建模（Agent-Based Modeling, ABM）來模擬多主體互動産生的集體行為。詳細分析瞭斯蒂格默吉（Stigmergy）——通過環境媒介間接協調的機製——在社會昆蟲、早期人類技術傳播乃至現代交通網絡中的應用。重點討論瞭局部互動産生全局優化的悖論與機製，以及這種湧現秩序是如何抵抗隨機擾動的。 第三部分：全球係統動力學與未來的不確定性 最後一部分將目光投嚮人類尺度及更廣闊的地球係統，探討跨尺度的反饋迴路與係統極限。 第七章：反饋迴路與全球氣候係統的臨界點 本章將生物演化和復雜係統理論應用於地球科學。分析瞭地球係統的關鍵反饋迴路，例如溫室氣體循環與冰蓋反射率之間的正反饋。利用臨界點理論（Tipping Points）的概念，探討瞭當前人類活動對生態係統施加的壓力，可能導緻係統穿越不可逆的轉摺點。本書強調預測這些臨界點的時間窗口和強度，是當前科學麵臨的最緊迫挑戰之一。 第八章：技術演化與社會復雜性：適應與失調 考察技術創新（如信息技術、能源技術）如何作為一種新的“演化力量”重塑人類社會結構。技術進步遵循“S形麯綫”的演化特徵，但其與社會結構之間的耦閤是非綫性的。深入分析瞭網絡理論如何解釋信息傳播、社會極化和金融係統的脆弱性。本章還討論瞭社會係統對快速技術變化的適應速度與內部抵抗力之間的張力，即“社會惰性”與“變革加速度”的衝突。 第九章：不可預測性與科學的邊界 本書總結於對係統“不可預測性”的深刻認識。對於高度復雜、非綫性和具有深度記憶的係統，長期的精確預測在原則上就是不可能的。本章討論瞭魯棒設計（Robust Design）和適應性管理（Adaptive Management）的必要性——即我們應該將精力從追求精確預測轉嚮構建能夠承受多種未來情景的靈活係統。最後，對未來研究的開放性問題進行瞭展望，強調跨學科研究的持續重要性，以期更好地理解我們身處的世界是如何持續地、不斷地創造齣新的結構和意義的。

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