Cooperative behavior may seem contrary to the notion of natural selection and adaptation, but is widely observed in nature, from the genetic level to the organism. The origin and persistence of cooperative behavior has long been a mystery to scientists studying evolution and ecology. One of the important research topics in the field of evolutionary ecology and behavioral ecology is to find out why cooperation is maintained over time. In this paper we take a historical overview of mathematical models representing cooperative relationships from the perspective of mathematical biology, which studies population dynamics between interacting biological groups, and analyze the mathematical characteristics and meanings of these cooperative models.
Component Mode Synthesis (CMS) is a dynamic substructuring technique to get an approximate eigensolutions of large degree-of-freedom structures divisible into several components. But, In practice. most of large structures are modeled by different teams of engineers. and their respective finite element models often require different mesh resolutions. As a result, the finite element substructure models can be non-conforming and/or incompatible. In this work, A hybrid version of component mode synthesis using a localized lagrange multiplier to treat the non-conforming mesh problem was derived. Evolution Strategies (ESs) is a stochastic numerical optimization technique and has shown a robust performance for solving deterministic problems. An ESs conducts its search by processing a population of solutions for an optimization problem based on principles from natural evolution. An optimization example for raising the first natural frequency of a plate structure using beam stiffeners was presented using hybrid component mode synthesis and robust evolution strategies (RES) optimization technique. In the example. the design variables are the positions and lengths of beam stiffeners.
SDM (Structural Dynamics Modification) is a tool to improve dynamic characteristics of a structure, more specifically of a base structure, by adding or deleting auxiliary (modifying) structures. In this paper, the goal of the optimal SDM is set to maximize the natural frequency of a base plate structure by attaching serially-connected beam stiffeners. The design variables are chosen as positions of the attaching beam stiffeners, where the number of stiffeners is considered as a design space. The problem of non-matching interface nodes between the base plate and beam stiffeners is solved by using localized Lagrange multipliers, which act to glue the two structures with non-matching interface nodes. As fer the cases of non-matching interface nodes problem, the governing equation of motion of a structure can be considered from the viewpoint of a topological modification, which involves the change of the number of structural members and DOFs. Consequently, the eigenpairs of the beam-stiffened plate structure are obtained by using an eigen reanalysis technique of topological modifications. Evolution Strategies (ES), which is a probabilistic population-based optimization technique that mimics the principles from biological evolution in nature, is utilized as a mean for the optimization.
The Lotka-McKendrick equation which describes the evolution of a single population under the phenomenological conditions is developed from the well-known Malthus’model. In this paper, we introduce the Lotka-McKendrick equation for the description of the dynamics of a population. We apply a discontinuous Galerkin finite element method in age-time domain to approximate the solution of the system. We provide some numerical results. It is experimentally shown that, when the mortality function is bounded, the scheme converges at the rate of $h^2$ in the case of piecewise linear polynomial space. It is also shown that the scheme converges at the rate of $h^{3/2}$ when the mortality function is unbounded.
The Lotka-McKendrick model which describes the evolution of a single population is developed from the well known Malthus model. In this paper, we introduce the Lotka-McKendrick model. We approximate the solution to the model using hp-discontinuous Galerkin finite element method. The numerical results show that the presented hp-discontinuous Galerkin method is very efficient in case that the solution has a sharp decay.
Papaya leaf curl China virus (PaLCuCNV) is a damaging plant pathogen causing substantial losses to crop. The complete genomes of three PaLCuCNV isolates from Ageratum conyzoides were obtained and combined with the 68 reference isolates in GenBank for comprehensive genetic diversity analyses using specialized computational tools. Sequence alignment revealed nucleotide sequence similarity ranging from 85.3% to 99.9% among 71 PaLCuCNV isolates. Employing phylogenetic analysis, 71 PaLCuCNV sequences were clustered into five groups, with no significant correlation observed between genetic differentiation and either host species or geographical origin. Additionally, 13 recombination events across all PaLCuCNV isolates were identified. Genetic diversity analysis indicated the ongoing expansion and evolution of PaLCuCNV populations, supported by a neutral model. Moreover, significant genetic differentiation was observed among distinct viral populations, primarily attributed to genetic drift. Overall, our findings provide valuable insights into the detection, genetic variation, and evolutionary dynamics of PaLCuCNV.
Blue straggler stars (BSs) are "rejuvenated" main sequence stars first recognized by Allan Sandage from his observation of the prominent northern globular cluster M3 in the year of 1953. BSs are now known to be present in diverse stellar environments including open clusters, globular clusters, dwarf galaxies, and even the field populations of the Milky Way. This makes them a very useful tool in a wide range of astrophysical applications: Particularly BSs are considered to have a crucial role in the evolution of stellar clusters because they affect on the dynamics, the binary population, and the history of the stellar evolution of the cluster they belong to. Here we report a part of the preliminary results from our ongoing research on the BSs in the two metal-poor globular clusters (GCs) in the Large Magellanic Cloud (LMC), Hodge 11 and NGC1466. Using the high precision multi-band images obtained with the Advanced Camera for Survey (ACS) onboard the Hubble Space Telescope (HST), we extract time-series photometry to search for the signal of periodic variations in the luminosity of the BSs. Our preliminary results confirm that several BSs are intrinsic "short period (0.05 < P < 0.25 days)" variable stars with either pulsating or eclipsing types. We will discuss our investigation on the properties of those variable BS candidates in the context of the formation channels of these exotic main sequence stars, and their roles in the dynamical evolution of the host star clusters.
인공생명체 연구는 자연 생명과 관련된 시스템이나 그 과정들, 진화 등을 평가해 다양한 응용과학 분야에 활용된다. 이러한 인공생명체의 원활한 활동을 위해 물리적 신체 설계와 행동 제어전략을 진화시키는 연구가 활발히 진행되었다. 그러나 형태와 신경망을 공진화시키는 것은 어렵기에 최적화된 움직임을 가진 인공생명체는 한 가지 형태에 한 가지 움직임만을 가지며 주변 환경 상황은 고려하지 않는 것이 대부분이다. 본 논문에서는 포식자-피식자 모델을 이용하여 형태와 신경망을 공진화하는 인공생명체가 환경적응형 움직임을 갖게 한다. 그런 다음 포식자-피식자 계층 구조를 최상위 포식자-중간 포식자-최하위 피식자 3단계로 확장하여 초기 개체군 밀도에 따라 시뮬레이션의 안정성을 판별하며 형태 진화와 개체군 역학 간의 상관관계를 분석한다.
Recently, many researches have shown that even photosynthetic light-harvesting pigment-protein complexes can have quantum coherence in their excitonic energy transfer at cryogenic and physiological temperatures. Because the protein supplies such noisy environment around pigments that conventional wisdom expects very short lived quantum coherence, elucidating the mechanism and searching for an applicability of the coherence have become an interesting topic in both experiment and theory. We have previously studied the quantum coherence of a phycocyanin 645 complex in a marine algae harvesting light system, using Poisson mapping bracket equation (PBME). PBME is one of the applicable methods for solving quantum-classical Liouville equation, for following the dynamics of such pigment-protein complexes. However, it may suffer from many defects mostly from mapping quantum degrees of freedom into classical ones. To make improvements against such defects, benchmarking targets with more accurately described dynamics is highly needed. Here, we fall back to reduced hierarchical equation of motion (HEOM), for such a purpose. Even though HEOM is known to applicable only to simplified system that is coupled to a set of harmonic oscillators, it can provide ultimate accuracy within the regime of quantum-classical description, thus providing perfect benchmark targets for certain systems. We compare the evolution of the density matrix of pigment excited states by HEOM against the PBME results at physiological temperature, and observe more sophisticated changes of density matrix elements from HEOM. In PBME, the population of states with intermediate energies display only monotonically increasing behaviors. Most importantly, PBME suffers a serious issue of wrong population in the long time limit, likely generated by the zero-point energy leaking problem. Future prospects for developments are briefly discussed as a concluding remark.
Recently, it has been shown that quantum coherence appears in energy transfers of various photosynthetic lightharvesting complexes at from cryogenic to even room temperatures. Because the photosynthetic systems are inherently complex, these findings have subsequently interested many researchers in the field of both experiment and theory. From the theoretical part, simplified dynamics or semiclassical approaches have been widely used. In these approaches, the quantum-classical Liouville equation (QCLE) is the fundamental starting point. Toward the semiclassical scheme, approximations are needed to simplify the equations of motion of various degrees of freedom. Here, we have adopted the Poisson bracket mapping equation (PBME) as an approximate form of QCLE and applied it to find the time evolution of the excitation in a photosynthetic complex from marine algae. The benefit of using PBME is its similarity to conventional Hamiltonian dynamics. Through this, we confirmed the coherent population transfer behaviors in short time domain as previously reported with a more accurate but more time-consuming iterative linearized density matrix approach. However, we find that the site populations do not behave according to the Boltzmann law in the long time limit. We also test the effect of adding spurious high frequency vibrations to the spectral density of the bath, and find that their existence does not alter the dynamics to any significant extent as long as the associated reorganization energy is changed not too drastically. This suggests that adopting classical trajectory based ensembles in semiclassical simulations should not influence the coherence dynamics in any practical manner, even though the classical trajectories often yield spurious high frequency vibrational features in the spectral density.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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