Rare beneficial mutations cannot halt Muller's ratchet in spatial populations
穆勒棘轮描述了无性种群中有害突变的不可逆积累。在混合良好的种群中，适应度下降的速度在种群规模中呈指数级小，任何有益突变的阳性率都足以逆转大种群中的棘轮效应。这种行为在具有空间结构的种群中是根本不同的，因为当有害的突变率超过临界值时，棘轮的速度在无限大的极限中保持非零。基于空间棘轮和定向渗流之间的关系，我们发展了一个包含有害突变和有益突变的标度理论。通过一维和二维的大量模拟验证了该理论。
2018-06-22 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Absorbing Phenomena and Escaping Time for Muller's Ratchet in Adaptive Landscape
背景资料：一个种群有害突变的积累直接决定了该种群将存在多久，这一过程通常被描述为穆勒棘轮吸收现象。理解这种吸收现象的关键是刻画种群中最适者的衰减时间。Wright提出的适应性景观是系统生物学中一个重新兴起的强有力的概念，它被用来描述生物过程。据我们所知，Muller棘轮在全参数区域的动力学行为没有从适应景观的角度进行研究。而且，在没有额外假设的情况下，吸收现象的特征也不能定量地得到。结果：我们用适应性景观描述了暴露于Muller棘轮的种群在所有参数范围内的动力学行为。适应性景观具有丰富的结构，如有限和无限的潜力，真正的和想象的不动点。给出了有限势和无限势的单击时间的计算公式。发现单击时间随选择率和种群规模的增加而增加，随突变率的增加而减小。这些结果提供了对无穷大势能的一种新的理解。我们分析证明了整个参数制度的自适应和非自适应状态。证明了关于虚不动点参数域的一些有趣问题。这可以帮助理解临界点的生物学意义，如政权的交叉点。最重要的是，我们发现，吸收现象的特点是自适应景观和单击时间没有任何额外的假设。这些结果提出了一个图形和定量的框架来研究吸收现象。
2012-09-08 q-bio.PE
Muller's ratchet with overlapping generations
米勒棘轮是一个在有限规模的人口中有害突变积累的典范模型。当所有具有最少数量有害突变的个体由于随机波动而不可逆转地丢失时，棘轮的点击就会发生。尽管该模型简单，但对该过程的定量理解仍然是一个公开的挑战。与以往的工作相比，我们在这里研究的莫兰模型的棘轮与重叠的世代。采用近似描述最适合的个人作为一个类，其余的作为第二类，我们得到封闭的分析表达式的棘轮率在罕见的点击制度。由于点击在这个制度是由一个罕见的大波动从亚稳态，我们不诉诸于扩散近似，但适用于近似方案，这是特别适合于描述灭绝事件从亚稳态。该方法还允许导出最适合类的准平稳分布的表达式。此外，我们证实了数值计算与重叠世代的配方导致相同的结果，扩散近似和相应的Wright-Fisher模型与非重叠世代。
2013-03-25 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Rare beneficial mutations can halt Muller's ratchet
绝大多数突变是有害的，并通过净化选择消除。然而，在有限的无性种群中，净化选择不能完全防止由于穆勒棘轮而积累的有害突变：一旦被随机漂移所丢失，最适合的基因型就永远丢失了。如果有害的突变被弱选择，穆勒的棘轮变成一个突变的“崩溃”，导致人口的适应性迅速下降。显然，无性种群的长期稳定需要有益突变的流入，以持续补偿弱有害突变的积累。在这里，我们提出，在一个静态的环境中，一个群体的稳定的进化状态是一个动态的突变选择平衡，有害突变的积累是平均抵消流入的有益突变。我们认为，这种状态存在于任何人口规模N和突变率$U$。假设有益突变和有害突变具有相同的适应度效应s，我们计算维持平衡状态的有益突变的比例ε。我们发现一个令人惊讶的低ε足以维持稳定性，即使在小群体中，面对高突变率和弱选择。这可能解释了线粒体和其他无性基因组的维持，并对这些种群中遗传多样性〈动〉性<动>的预期统计数据产生影响。
2011-10-13 physics.bio-ph q-bio.PE
Clonal interference and Muller's ratchet in spatial habitats
由于克隆的线性而不是指数增长，独立产生的有益突变之间的竞争在空间种群中得到增强。最近的理论研究指出，由此产生的健身动力学类似于表面生长过程，其中新的层成核和扩散随机，导致建立尺度不变的粗糙度。这种情况下，从适应的标准观点在质量上的不同，适应的速度变得独立于人口规模，而适应度方差不。在这里，我们利用最近的进展，了解表面生长过程，以获得精确的预测普遍的，非高斯形状的健身分布的一维栖息地，这是通过模拟验证。当突变是有害的而不是有益的时候，问题就变成了穆勒棘轮的空间版本。与混合种群的情况相反，即使在无限生境的限制下，只要有害突变率和（负）选择系数的平方之间的比率$U_d/s^2$足够大，则适合度下降的速率仍然是有限的。再次使用一个类比的表面生长模型，我们表明，之间的过渡的固定和移动状态的棘轮是由定向渗透。
2014-07-23 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Muller's ratchet with compensatory mutations
我们考虑一个无限维系统的随机微分方程描述的演变类型的频率在一个大的人口。一个个体的类型是它携带的有害突变的数量，其中携带k个突变的个体的适合度减少αk，对于某些α>0。沿着个体的遗传路线，新的突变以每一代λ的速率积累，每一代这些突变都有γ的概率消失。虽然γ=0的情况被称为穆勒棘轮（弗莱明-维奥特版本），但γ>0的情况与生物学文献中的补偿突变有关。证明了该系统存在唯一的弱解。在类型频率没有随机波动的情况下（即，（即所谓的无穷总体极限）通过分析一个概率粒子系统得到了封闭形式的解，并证明了当γ>0时，唯一的平衡态是参数为λ/（γ+α）的泊松分布.
2012-10-19 math.PR q-bio.PE
Refining the drift barrier hypothesis: a role of recessive gene count and an inhomogeneous Muller`s ratchet
本研究基于Wright-Fisher模型揭示了隐性基因数量对突变负荷的影响，证实了漂变屏障假说，并强调了重组在防止种群崩溃和稳定基因库中的关键作用。
2024-07-24 q-bio.PE
Muller's ratchet in a near-critical regime: tournament versus fitness proportional selection
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；INRAE（法国国家农业、食品和环境研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究近临界区域中竞赛选择与比例选择在穆勒齿轮中的行为差异及长期演化特性。
2025-12-03 math.PR q-bio.PE
How often does the ratchet click? Facts, heuristics, asymptotics
在无性繁殖的种群中，重组的进化力量是缺乏的。因此，种群可能遭受有害突变的不可逆转的积累，这种现象被称为穆勒棘轮。我们制定离散和连续时间版本的穆勒棘轮。受Haigh（1978）对大种群极限下出现的动力系统的分析的启发，我们确定参数γ = N*lambda/（Ns*log（N*lambda））对于有害突变的积累速度是最重要的。这里N是总体规模，s是选择系数，λ是有害突变率。对于参数范围的大部分，以大小N为单位测量时间，如果γ>0.5，则有害突变根据N* λ中的幂律累积，其中指数为γ。对于γ <0.5，突变不能累积。我们得到三个不同的参数制度的扩散近似，根据棘轮的速度。我们的近似值为Stephan et al.（1993）和Gordo & Charlesworth（2000）的分析提供了新的思路。模拟结果支持了导致近似的数学模型。
2007-09-18 math.PR q-bio.PE
A functional law of large numbers for a spatial model of Muller's ratchet
Department of Statistics, University of Oxford（牛津大学统计系）；Department of Mathematical Sciences, University of Bath（巴斯大学数学科学系）
该研究通过空间Muller's ratchet模型，探讨有害突变在种群扩展波中的行为，利用PDE理论分析突变扩散与种群扩展速度的关系。
2026-07-17 math.AP math.PR q-bio.PE
The tournament ratchet's clicktime process, and metastability in a Moran model
Univ. Grenoble Alpes, INRAE（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家农业食品环境研究院）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institut Fourier（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，傅里叶研究所）
本文研究了锦标赛齿轮在慢速点击参数域下的行为，证明其点击时间过程收敛为泊松过程，并分析了莫兰模型的稳态性。
2025-12-31 math.PR q-bio.PE
Biological evolution through mutation, selection, and drift: An introductory review
目前的活动的动机（统计）物理学对生物进化，我们审查的相互作用的三种进化力量：突变，选择和遗传漂变。这篇评论面向物理学家，旨在弥合生物学和物理学文献之间的差距。本文首先阐明了群体遗传学的基本概念和基本模型，这些模型描述了在各种进化力量的共同作用下群体组成的进化。在这些基础上，我们明确地指定了成分，即各种突变模型和适应度景观。然后，我们回顾了最近的发展有关的突变退化模型。这些预测上限的突变率以上的突变不能再控制的选择，最重要的现象是错误阈值，穆勒的棘轮，和突变的崩溃。误差阈值是确定性的现象，而穆勒的棘轮需要有限的人口规模所带来的随机成分。突变崩溃还依赖于一个明确的种群动力学模型，并描述了种群的灭绝。特别强调的是这些现象之间的相互关系。最后，建立了与分子进化过程的一些联系。
1999-07-23 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Beneficial mutation-selection balance and the effect of linkage on positive selection
当有益的突变很少时，它们通过一系列选择性扫描而积累。但是当它们是共同的，许多有益的突变将发生之前，任何可以修复，所以将有许多不同的突变谱系在人口同时。在无性种群中，这些不同的突变谱系相互干扰，并不是所有的都能同时固定。此外，进一步的有益突变可以在突变谱系中积累，而这些仍然是人口的少数。在本文中，我们分析了这样的多个突变的动力学和多个突变之间的相互作用和克隆之间的干扰。这些结果在一个单一的无性种群内积累的健身的实质性变化。变异的数量取决于选择和有益突变之间的平衡，选择破坏变异，有益突变创造更多。这种行为以一种微妙的方式依赖于群体参数：群体大小、有益的突变率以及潜在有益突变的适应度增量的分布。突变-选择平衡导致具有稳态适应性变化的持续进化的种群。这种变异随着群体大小和突变率的增加而增加，并设定了群体积累有益突变的速率，因此有益突变也只随着群体大小和突变率而增加。这些结果表明，增变基因表型是不太有效的较大的无性种群。他们也有后果的优势（或劣势）的性别通过费舍尔-穆勒效应;这些简要讨论。
2006-12-11 q-bio.GN q-bio.PE
Stochastic drift in discrete waves of non-locally interacting-particles
本文研究了$N$粒子在晶格上经历二阶非局域相互作用的广义模型。我们的研究结果在许多研究领域都有应用，包括移民建模，信息动力学和穆勒棘轮-在不断发展的人口中有害突变的不可逆转的积累。引人注目的是，该模型的数值模拟观察到显着偏离其平均场近似，即使是大的人口规模。我们发现，确定性和随机解之间的分歧源于有限尺寸的影响，改变传播速度，并导致波的位置波动。这些效应分别以$(\log N)^{-2}$和$(\log N)^{-3}$的形式有害地衰减--比通常的$N^{-1/2}$因子慢得多。我们的研究结果表明，有害突变的积累在穆勒的棘轮和意识的丧失在人口中可能会发生得更快，比预测相应的确定性模型。我们的模型的普遍适用性表明，这种意想不到的缩放在广泛的现实应用中可能是重要的。
2023-01-19 physics.soc-ph q-bio.PE q-bio.QM
Quasispecies theory for finite populations
我们提出了随机的，有限的人口配方的Crow-Kimura和特征模型的准种理论，健身功能，依赖于在一个任意的方式从野生型的突变数量。我们在描述中包括回复突变。结果表明，在这些物理演化模型中，种群数关于平均值的涨落是非常大的。我们进一步表明，水平基因转移减少了数量级的波动，在人口数量和减少有害突变的积累在有限的人口由于穆勒的棘轮。事实上，收敛到无限种群极限所需的种群规模往往大于在没有水平基因转移的情况下自然界中发现的平滑适应度函数。这些分析结果来自稳态的场论表示。数值结果表明，水平基因转移的进化动力学以及加快。
2010-02-19 q-bio.PE
Critical Fitness Collapse in Three-Dimensional Spatial Population Genetics
如果在一个空间分布的群体中，接近适应度最大值的有害突变足够频繁或有害，那么该群体可能会经历适应度崩溃，类似于混合良好的群体中的穆勒棘轮效应。一维生境的最新研究（例如，二维范围扩展的边界）已经表明，适合度崩溃的开始由具有其相关临界指数的定向渗透相变来描述。我们考虑了三维范围扩展中的种群适应度崩溃，其中既有膨胀边界，也有固定大小的边界（适用于，例如，分别为扩张和扩张性球形肿瘤）。我们发现，在这两种情况下的健身崩溃的发病服从不同的标度律，物种之间的竞争在前线导致偏离定向渗滤标度。就像在二维范围扩展中一样，膨胀边界通过因果地断开种群中分离良好的部分来修改临界行为。
2015-04-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Can deleterious mutations surf deterministic population waves?
University of Oxford（牛津大学）；University of Bath（巴斯大学）
研究空间结构化种群中有害突变能否像中性突变那样借助确定性波动扩散。通过研究空间穆勒棘轮的确定性版本，分析有害突变分布、种群扩散速度，最终表明有害突变不能借助确定性波动扩散。
2026-07-15 math.AP math.PR q-bio.PE
The evolution of sex for artificial intelligence: a population-genetic framework for multigenerational model populations
Imperial College London（帝国理工学院）
本文借鉴种群遗传学，将多代AI模型训练类比为有性与无性繁殖，验证了赖特-费雪过程等机制，并提出融合遗传与费雪-穆勒效应，为AI继承提供预测框架。
2026-09-17 cs.LG cs.NE q-bio.PE
