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出版者:Academic Pr

作者:Schatten, Gerald P. (EDT)

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:

价格:149.95

装帧:HRD

isbn号码:9780121531744

丛书系列:

图书标签:

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

《演化、复杂性与新兴秩序：从基础结构到全球系统动力学》 图书简介 本书旨在深入探讨生命科学、物理学和社会科学交汇领域的前沿课题，特别是围绕“演化（Evolution）”、“复杂性（Complexity）”和“新兴秩序（Emergent Order）”这三大核心概念展开。我们聚焦于从微观的分子机制到宏观的生态与社会系统，探讨结构如何自发形成、信息如何在系统中传递与储存，以及系统如何在时间轴上产生不可预测的、突破性的新属性。本书的撰写风格力求严谨而不失启发性，结合最新的计算模型、实验数据和跨学科理论框架，为读者描绘一幅关于世界如何从简单走向精妙的动态图景。 第一部分：演化的深层机制与信息储存 本部分将超越传统生物学对自然选择的描述，探讨演化在更广阔的物理和化学背景下的基础驱动力。 第一章：自催化与非平衡态下的化学演化 我们从化学热力学出发，探讨生命起源前，能量梯度（如深海热泉或地表环境）如何驱动简单的有机分子进入自组织状态。重点分析了代谢网络的早期形态，即化学反应如何通过正反馈循环实现自我维持，并最终跨越界限，形成原始的细胞结构（Protocells）。内容涵盖了超循环理论（Hypercycles）的数学模型及其在化学自组织中的作用，以及磷脂双分子层在维持内部稳定环境方面的关键作用。我们探讨了信息如何在分子层面被“编码”和“复制”，即使在没有明确核酸序列的早期阶段。 第二章：演化空间与适应性景观的拓扑学 本章引入了计算生物学和拓扑学工具来描述适应性景观（Fitness Landscape）。我们不再将景观视为简单的山丘，而是将其视为一个多维、崎岖不平的拓扑空间。演化路径被视为在这一空间中的“爬升”或“漂移”。深入分析了尖峰演化（Punctuated Equilibria）如何从景观的结构中自然产生，而非仅仅是化石记录的偏见。讨论了多基因相互作用（Epistasis）如何使适应性景观变得崎岖，从而导致演化路径对初始条件的敏感性。 第三章：基因调控网络的稳健性与可塑性 聚焦于现代生物学中，基因网络如何实现功能稳健性（Robustness）——即在面对内部突变或外部环境干扰时，仍能维持基本生命功能的能力。通过布尔网络和微分方程模型，分析了关键调控枢纽（Hubs）的作用。同时，也讨论了这种稳健性背后的代价：可塑性（Plasticity）的限制。系统如何在维持现有功能的同时，为未来的快速演化（例如应对气候突变）预留“可演化性”（Evolvability）的储备。 第二部分：复杂系统的涌现现象与自组织原理 本部分将视角从生物体内部转向多主体相互作用的系统，重点研究“涌现（Emergence）”的规律。 第四章：非线性动力学与相变理论 系统复杂性研究的核心在于非线性。本章详细阐述了控制论和混沌理论的基础。从经典的洛伦兹吸引子到生物系统中常见的振荡现象（如细胞周期或神经元同步），我们展示了简单的规则如何通过迭代放大，产生复杂的、看似随机的行为。引入相变（Phase Transitions）的概念，解释了系统如何突然从一种有序状态跳跃到另一种截然不同的有序状态（如从液体到固体，或从单细胞到多细胞）。 第五章：信息、熵与耗散结构 根据普里高津（Prigogine）的工作，我们将复杂系统置于非平衡热力学的框架下。系统通过不断地与环境进行物质和能量交换，耗散能量，从而在远离热力学平衡的区域中，形成高度有序的耗散结构（Dissipative Structures）。本章着重探讨了信息熵（Information Entropy）在维持这些结构中的作用：系统如何通过处理和降低局部信息熵来组织自身，同时必然增加宇宙总体的熵。 第六章：群体行为的建模：从蚁群到城市流动 本章应用元胞自动机（Cellular Automata）和基于个体的建模（Agent-Based Modeling, ABM）来模拟多主体互动产生的集体行为。详细分析了斯蒂格默吉（Stigmergy）——通过环境媒介间接协调的机制——在社会昆虫、早期人类技术传播乃至现代交通网络中的应用。重点讨论了局部互动产生全局优化的悖论与机制，以及这种涌现秩序是如何抵抗随机扰动的。 第三部分：全球系统动力学与未来的不确定性 最后一部分将目光投向人类尺度及更广阔的地球系统，探讨跨尺度的反馈回路与系统极限。 第七章：反馈回路与全球气候系统的临界点 本章将生物演化和复杂系统理论应用于地球科学。分析了地球系统的关键反馈回路，例如温室气体循环与冰盖反射率之间的正反馈。利用临界点理论（Tipping Points）的概念，探讨了当前人类活动对生态系统施加的压力，可能导致系统穿越不可逆的转折点。本书强调预测这些临界点的时间窗口和强度，是当前科学面临的最紧迫挑战之一。 第八章：技术演化与社会复杂性：适应与失调 考察技术创新（如信息技术、能源技术）如何作为一种新的“演化力量”重塑人类社会结构。技术进步遵循“S形曲线”的演化特征，但其与社会结构之间的耦合是非线性的。深入分析了网络理论如何解释信息传播、社会极化和金融系统的脆弱性。本章还讨论了社会系统对快速技术变化的适应速度与内部抵抗力之间的张力，即“社会惰性”与“变革加速度”的冲突。 第九章：不可预测性与科学的边界 本书总结于对系统“不可预测性”的深刻认识。对于高度复杂、非线性和具有深度记忆的系统，长期的精确预测在原则上就是不可能的。本章讨论了鲁棒设计（Robust Design）和适应性管理（Adaptive Management）的必要性——即我们应该将精力从追求精确预测转向构建能够承受多种未来情景的灵活系统。最后，对未来研究的开放性问题进行了展望，强调跨学科研究的持续重要性，以期更好地理解我们身处的世界是如何持续地、不断地创造出新的结构和意义的。

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