Does the Red Queen reign in the kingdom of digital organisms?
在两种适应性相等或几乎相等的RNA病毒之间的竞争实验中，通常两种病毒株在一种最终排除另一种之前都获得适应性。这一观察结果与红皇后效应有关，红皇后效应描述了生物体必须不断适应以保持现状的情况。我用数字生物（自我复制的计算机程序）进行了实验，以澄清竞争菌株在适应度空间中的位置如何影响红皇后效应。我发现，在竞争过程中，从适应性高峰底部采集的生物体普遍获得适应性增益，但从高峰顶部或从距离最近的高峰相当远的地方采集的生物体则不存在或很少。在后两种情况下，无论是中性漂移和最佳突变体的损失或等待时间的第一个有益的突变是更重要的因素。此外，我发现红皇后动力学通常比其他两种机制更快地导致排斥。
2003-02-13 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Emergence of species in evolutionary simulated annealing
哪些因素控制着突变率的进化和物种的出现？在这里，我们解决这个问题，使用的第一原则模型的生活，无性生物的种群动力学耦合到分子特性和相互作用的蛋白质编码在他们的基因组。通过模拟种群的进化，我们发现适应性通过上位性事件以间断的步骤增加，从而形成稳定的和功能上相互作用的蛋白质。在低突变率下，物种-具有相同基因型的生物群体-形成，而在高突变率下，物种通过序列空间中的离域而丢失，而没有明显的适合度损失。然而，当突变率是一个可选择的性状，人口最初保持高突变率，直到达到一个高的健身水平，之后，生物体与低突变率逐渐选择，与人口最终达到突变率可比的现代DNA为基础的生物体。这些结果为单细胞生物无性种群的动态适应度景观提供了微观视角。
2008-10-09 q-bio.BM q-bio.PE
Extensive fitness and human cooperation
进化取决于生物体的适应性，即预期的繁殖率。直接获得后代是最基本的适应性形式，但也可以通过帮助遗传相关的个体（如亲属）增加适应性来间接增加适应性。这种综合效应被称为包容性适应度。在这里，有人认为，进一步阐述了健身已经演变，特别是在人类。它被称为广泛的适应性，它包括生产生物体，只是在表型相似。这种机制的进化说明了一个简单的模型结合遗传和行为的计算。通过一种机制，表型被驱动到高适应性的方向，该机制涉及对适应性的内部估计，隐含在有机体本身中。这一机制最近被授权负责制定机构和目标。在该模型中，包容性和广泛的适应度都是通过让适应度与相似遗传（对于包容性适应度的间接部分）和相似表型（对于广泛适应度的表型部分）的子群体的大小非线性地增加来实现的。实施广泛适应性的群体胜过实施单纯包容性适应性的群体。这是因为具有相似表型的群体往往比具有相似遗传的群体更大，当群体更大时，适应性增加得更多。广泛适应性有两个组成部分，一个是直接的组成部分，个体竞争诱导他人变得像他们一样，另一个是间接的组成部分，个体合作并帮助已经与他们相似的人。
2015-09-10 q-bio.NC q-bio.PE
Metabolic scaling, life history, and the equal fitness paradigm
本文探讨了生态学代谢理论（MTE）预测的缩放指数在生活史中的适用性，提出等价适合度范式（EFP）作为不依赖特定异速缩放的统一理论，并讨论其对生理表现和生态系统营养能量学的意义。
2024-12-25 q-bio.PE
Anticipation: an effective evolutionary strategy for a sub-optimal population in a cyclic environment
我们建立了一个两态模型的无性繁殖生物体在一个周期性的环境赋予的能力，以预测即将到来的环境变化，并进行先发制人的切换。由于这些预期的转变，有机体在其两种状态之间振荡，这是一个与环境振荡不同步的时间$θ$。我们表明，一个预期能力的有机体增加其长期的健身超过一个有机体，振荡与环境同步，只要$θ$不超过一个阈值。我们还表明，长期的健身最大化的最佳预期时间，减少约为$1/n$，$n$是细胞分裂的时间$T$的数量。此外，我们证明了最佳的“预期”优于“赌注对冲”的参数范围内考虑。对于一个次优的预期者集合，只有当预期的方差与平均值相比很小并且先发制人的转换率很高时，预期才能表现得更好。两者合计，我们的工作表明，预期增加了生物体在周期性环境中的整体适应性，它是一个可行的替代赌注对冲的预期误差很小。
2018-11-22 q-bio.PE q-bio.QM
Fluctuating fitness shapes the clone size distribution of immune repertoires
适应性免疫系统依赖于B细胞和T细胞表面表达的受体的多样性，以保护生物体免受大量病原体的威胁。不同细胞类型（B细胞、T细胞、幼稚细胞、记忆细胞）的增殖和降解动力学受各种抗原和环境信号的支配，但观察到的克隆大小遵循普遍的幂律分布。在这种可重复性的指导下，我们提出了体细胞进化的有效模型，其中细胞命运取决于有效的适应性。这种适应性是由生长因子决定的，这些生长因子作用于具有相同受体的细胞克隆，这些细胞对特定抗原产生反应，或者直接作用于单个细胞而不考虑克隆。我们确定的波动，特别是在克隆的基本成分，导致所观察到的分布的健身。将我们的模型与实验相结合，我们描述了抗原环境中波动的规模，并提供了识别不同组织和生物体中相关生长信号的工具。我们的研究结果推广到任何不断变化的人口在一个波动的环境。
2015-07-02 physics.bio-ph q-bio.PE
Some Techniques for the Measurement of Complexity in Tierra
最近，阿达米和同事们已经能够测量生活在他们的{ \em Avida}人工生命系统中的数字生物体的信息内容。他们表明，随着时间的推移，生物体的行为就像麦克斯韦的恶魔，随着它们的进化而增加信息（或复杂性）。在{ \em Avida}中，生物体彼此之间不相互作用，只是以特定的速率繁殖（它们的适应度），并试图评估外部给定的算术函数以赢得额外的适应度点。测量数字生物体的信息含量本质上是计算产生相同表型的基因型数量的过程。虽然Avidan生物体具有特别简单的表型，但Tierran生物体相互作用，产生表型生态学。在本文中，我讨论了技术比较对Tierran生物体，以确定它们是否是表型等效的。然后，我讨论了一种方法，用于计算的表型等效的基因型，这是更准确的“热点”估计使用的阿达米的小组的数量估计。最后，我报告的Tierra运行的实验分析。
2000-01-10 nlin.AO q-bio.PE
Integrated information increases with fitness in the evolution of animats
California Institute of Technology（加州理工学院）；Keck Graduate Institute of Applied Life Sciences（凯克应用生命科学研究生院）；Michigan State University（密歇根州立大学）；University of Wisconsin（威斯康星大学）；Korea University（高丽大学）；Allen Institute for Brain Sciences（艾伦脑科学研究所）
生物有机体的标志之一是它们能够整合不同的信息源，以优化其在复杂环境中的行为。如何量化这种能力并将其与生物体的功能复杂性联系起来仍然是一个具有挑战性的问题，特别是因为生物体的功能复杂性还没有得到很好的定义。我们在这里提出了几个候选措施，量化信息和整合，并研究其依赖于健身的人工代理（“animat”）的演变超过数千代，以解决一个简单的，模拟的环境中的导航任务。我们比较这些措施的能力，预测高适应度与更传统的信息理论处理措施。当动物通过增加其对世界的“适应”来适应时，信息整合和处理沿着进化的血统迅速增加。我们认为，健身与信息整合和处理措施的相关性意味着高健身需要信息处理以及集成，但信息整合可能是一个更好的措施时，任务需要记忆。信息整合（但也信息处理）和健身措施的相关性强烈表明，这些措施反映了功能的复杂性的动物，这样的措施可以用来量化功能的复杂性，即使在健身数据的情况下。
2011-10-03 cs.AI nlin.AO q-bio.NC
Information and fitness in two-state systems: self-replicating individuals in a fluctuating environment
本研究构建环境与表型均为两态的系统，探究二者互信息与种群适应度的关系，提出归一化适应度下二者等价，明确个体提升信息的策略及二者上限，为生物适应波动环境提供新见解。
2025-07-31 q-bio.PE
The Hypercube of Life: How Protein Stability Imposes Limits on Organism Complexity and Speed of Molecular Evolution
经典的群体遗传学先验地将适合度分配给等位基因，而不考虑这些等位基因编码的蛋白质的分子或功能特性。在这里，我们研究种群动力学在一个模型中，健身可以推断出从蛋白质的物理性质下的生理假设，任何蛋白质的稳定性损失编码的一个必需基因赋予一个致命的表型。在含有γ基因的生物体中突变的积累可以表示为在具有吸收边界的γ维超立方体内的扩散，在每个维度上，吸收边界由蛋白质稳定性的损失确定，在更高的稳定性下，吸收边界由蛋白质序列的缺乏确定。求解扩散方程，其参数来自蛋白质点突变的数据，我们确定了一个普遍的蛋白质稳定性分布，与现有的数据。该理论提供了突变率、最大基因组大小和蛋白质对点突变的热力学响应之间的基本关系。它通过预测当嗜温生物每次复制基因组每个重要部分的突变率超过约6个突变时，以及嗜热生物每次复制每个基因组超过1至2个突变时，种群就会灭绝（通过致命突变），从而建立了分子进化速率的通用速度限制。此外，我们的研究结果表明，在没有纠错的情况下，现代RNA病毒和原始基因组必然非常短。几种RNA病毒的功能接近进化速度极限，而DNA病毒和具有不同基因组长度和突变率的非突变细菌菌株所使用的纠错机制使这些生物体普遍低于自然速度极限约1000倍。
2007-05-28 q-bio.BM q-bio.PE
Quiescence: a mechanism for escaping the effects of drug on cell populations
我们指出，一个简单而通用的策略，以降低灭绝的风险，包括在发展一个休眠阶段，其中生物体是无法繁殖，但可能会死亡。这种休眠的有机体受到保护，免受有毒环境的侵害。其结果是通过引入一种零繁殖适应度来增加整个种群的生存概率。这是可能的，因为休眠个体的储存库可以作为缓冲，可以缓冲出生和死亡数量的致命波动，如果没有休眠种群，整个种群就会灭绝。
2010-02-24 q-bio.PE
Stochastic and Information-thermodynamic Structures of Population Dynamics in Fluctuating Environment
波动环境中的适应是一个为环境信息提供燃料以获得适应性的过程。生命系统已经逐渐发展出适应的策略，从随机和被动的表型多样化到更积极主动的决策，其中环境信息被更积极有效地感知和利用。因此，了解适应度和信息之间的基本关系对于澄清适应的局限性和普遍性质至关重要。在这项工作中，我们阐明了潜在的随机和信息热力学结构在这个过程中，通过推导因果波动关系（FR）的健身和信息。结合表型动力学与环境动力学之间的对偶性，FRs揭示了适应度增益的极限、时间可逆性与极限可克服性之间的关系，以及由于环境波动而获得超额适应度的可能性和条件。由于因果约束和有限的能力，真正的生物体的适应性损失被证明是表型和环境动态的时间向前和时间向后的路径概率之间的差异。此外，FR通过给出由于罕见的环境波动而导致平均最优策略被次优策略侵入的概率，推广了波动环境下的进化稳定状态（ESS）的概念。这些结果阐明了适应和进化中的信息热力学结构。
2017-05-27 q-bio.PE
Ignorance can be evolutionarily beneficial
信息越来越多地被视为生物体用来增加其适应性的资源。事实上，它已经正式表明，有一个合理的方式来分配一个再生价值的信息，它是非负的。然而，所有这些工作都假设信息收集是免费的。在这里，我们考虑到这样的成本，并提供条件时，信息的再生产价值将是负面的。在这些情况下，与直觉相反，保持无知符合有机体的利益。我们将我们的研究结果与经验研究联系起来，贝叶斯行为似乎在复杂的环境中崩溃，并提供了另一种解释，即睡眠演变中唤醒阈值降低。
2017-05-02 q-bio.PE
The evolution of sleep is inevitable
对睡眠有两种截然不同的解释：作为一种近似的、基本的生理功能，或者作为一种适应性的不活动状态，这些假设仍然存在广泛的争论。为了研究睡眠的适应性意义，我们开发了一个进化的论点，制定为一个易于处理的偏微分方程模型。我们允许人口统计参数，如出生率和死亡率，在安全和脆弱的睡眠环境中随着时间的推移而变化。从这个模型中，我们分析计算人口增长率（健身）的睡眠和非睡眠策略。我们发现，在一个时间异质性的环境中，睡眠总是比不睡觉达到更高的健身。由于生物体不存在于恒定的环境中，我们得出结论，睡眠的进化是不可避免的。
2016-10-02 q-bio.PE
Basic Model of Purposeful Kinesis
引入了趋动性和运动性的概念，描述了生物体在非均匀条件下的两种行为：（1）趋动性是指生物体在有引导的情况下向更有利的条件运动;（2）运动性是指生物体在空间运动中响应于条件变化而发生的无方向性变化。动物的迁徙和扩散是在自然选择的控制下进化的。在一个简单的形式化，扩散的策略应该增加达尔文的适应性。我们引入了新的模型，有目的的运动与扩散系数依赖于健身。采用达尔文适应度的局部即时评价方法，即繁殖系数.新模型包括一个额外的参数，运动的强度，并可被视为{ \em有目的的运动的最小模型}。通过一系列的数值试验，对模型的性质进行了探讨。它演示了如何运动可能是有益的食物或周期性波动的补丁的同化。基于适应度的局部和即时估计的运动并不总是有益的：对于具有Allee效应的物种，它可以延迟入侵和传播。证明了动力学不能改变正齐次定态的稳定性。
2018-02-01 q-bio.PE
Minimal informational requirements for fitness
现有的概念的“信息的健身价值”提供了一个理论上的上限的健身优势，使用有关波动环境的信息。使用率失真理论的概念，我们开发了一个理论框架来回答一对不同的问题：人口达到一定增长率所需的最小信息量是多少？一个子群体要获得比另一个子群体更高的平均选择系数所需的最小信息增益是多少？我们引入了适应度和失真之间的对应关系，并使用解析和数值方法求解了几个系统的率失真函数。由于准确的信息处理是精力充沛的成本，我们的方法提供了一个理论基础，了解进化的“设计原则”的信息成本权衡。
2021-12-03 q-bio.PE
Individual Sensing can Gain more Fitness than its Information
互信息及其因果变体定向信息已被广泛用于定量表征生物传感和信息传递的性能。然而，一旦与响应于决策的选择相结合，感测信号可能具有比其相互或定向信息更多或更少的进化价值。在这项工作中，我们表明，一个单独感知的信号总是有一个更好的健身值，平均而言，比它的相互或直接的信息。适应度增益满足波动关系，是由于生物体在种群中随机选择获得更好的感知信号。引入了一个类似于信息热力学中粗粒度熵产生的新量来量化个体感知的总适应度增益，该增益也满足FR。使用这个数量，优化健身增益从个人感知有关的保真度分配个人的环境历史。我们的研究结果是补充的FR的数值验证，并讨论这个问题是如何联系到信息编码和解码。
2017-12-27 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.PE
The fitness value of information
生物学家以不同的方式测量信息。神经生物学家和生物信息学的研究人员经常使用信息论的方法来测量信息，如香农熵或互信息。行为生物学家和进化生态学家更常使用决策理论的措施，如信息的价值，评估信息对决策者的价值。在这里，我们表明，这两种措施是密切相关的生物进化的背景下。我们提出了一个简单的模型，在一个不确定的环境中的进化，并计算达尔文的健身，这是可能的环境状态的信息的增加。这种适应度的增加--信息的适应度值--是香农互信息和决策理论信息值的合成。此外，我们表明，在某些情况下，响应于线索的适应度值是完全相等的线索和环境之间的互信息。总的来说，环境的香农熵似乎没有考虑到生物体的适应性，但却给信息的适应性值规定了一个上限。
2005-10-03 cs.IT math.IT q-bio.NC
Hysteresis Can Grant Fitness in Stochastically Varying Environment
滞后和下注对冲（表型的随机选择）是两种不同的观察结果，通常与生物系统中的表型多样性有关。滞后可以被看作是系统对过去环境条件的持久记忆的形式，而下注对冲是一种不一定与任何记忆相关的多样化策略。研究表明，当表型根据环境输入调整其转换概率时，下注对冲可以增加种群增长。虽然记忆和滞后已被用来产生环境依赖的表型转换概率，其确切的连接赌注对冲仍然不清楚。在这项工作中，使用一个简单的模型，考虑到表型切换以及滞后阶段的表型切换后发生的人口增长，它表明，记忆和滞后自然出现，并牢固地连接到赌注对冲生物体试图优化其人口增长率。滞后的最佳“幅度”被解释为与随机共振，其中随后的表型切换事件之间的特征时间被链接到滞后相位延迟。此外，滞后切换策略不赋予任何额外的人口增长的优势，如果环境周期性地变化，在一个确定的方式。这表明，虽然下注对冲可能会在某些条件下，甚至在确定性的环境中，记忆和滞后可能是环境的不确定性的结果，在滞后阶段的切换表型的存在。
2013-11-19 q-bio.PE
Plasticity and evolvability under environmental variability: the joint role of fitness-based selection and niche-limited competition
自然系统的多样性和质量一直是研究人工生命的社区的难题和灵感。现在人们普遍承认，使这些属性的适应机制在很大程度上受到它们所居住的环境的影响。面对环境变化的生物有两种不同的适应机制，在不同的时间尺度上运作：\textit{plasticity}，表型在不同环境中生存的能力和\textit{evolvability}，通过突变适应的能力。虽然在环境变化下至关重要，但这两种机制都与假设在稳定环境中不必要的健身成本有关。在这项工作中，我们研究了环境动态和适应之间的相互作用，在一个最小的模型的可塑性和进化性的演变。我们实验不同类型的环境，其特征在于存在的生态位和气候功能，决定了适应度景观。我们的经验表明，环境动态影响可塑性和进化不同，不同的生态位的存在有利于适应性，即使在稳定的环境。我们进行消融研究的选择机制，以分离的作用，健身为基础的选择和利基有限的竞争。从我们的最小模型获得的结果，使我们能够提出有前途的研究方向，在生物和人工系统的开放性的研究。
2022-07-06 cs.NE q-bio.PE
Natural selection. VI. Partitioning the information in fitness and characters by path analysis
三个步骤有助于分析选择。首先，通过其组成原因描述表型。成分包括基因、母体效应、共生体和任何其他感兴趣的表型预测因子。第二，用个体的表型、邻居的表型、资源的可利用性等组成原因来描述适应度;第三，将表型和适应度的预测因子放入进化变化的精确方程中，提供选择和其他进化过程的完整表达。完整的表达式将表型和适应性的各种假设成分的不同因果作用分开。传统上，这些分量由进化模型的协方差、方差和回归项给出。我展示了如何解释这些统计表达式与信息论。由此产生的解释使人们能够将选择和进化的基本方程理解为表达各种原因如何导致选择的信息积累和其他进化过程的信息衰减的句子。信息方面的解释导致更深入地理解选择和遗传力，以及更清楚地了解如何制定有关进化过程的因果假设。亲属选择是一种特殊的因果分析，它将社会效应划分为有意义的组成部分。
2013-01-22 q-bio.PE
On Sexual Selection
性选择是所有具有交配类型的真核生物进化的基本方面。这篇论文认为，间性选择最好被看作是一种机制，以补偿不可避免的动态的两性之间的共同进化，出现同配生殖。使用NK模型的适应度景观，在何种条件下，异源体出现的第一次探索。这扩展了以前关于性别进化的研究，其中鲍德温效应的基本形式的适应度景观平滑被认为是根本原因。NKCS模型的协同进化，然后显示如何不同的适应度景观的大小，坚固性，连通性可以改变的条件下，一个非常简单的性选择机制证明是有益的。无论是一种性别还是两种性别都利用了性选择，情况都是如此。
2021-02-23 cs.NE q-bio.PE
The influence of horizontal gene transfer on the mean fitness of unicellular populations in static environments
本文建立了一个数学模型，描述了接合介导的水平基因转移（HGT）对单细胞原核生物无性繁殖群体中突变选择平衡的影响。假设突变-选择平衡是在固定背景浓度的抗生素存在下达到的，为了生存，种群必须对抗生素产生抗性。我们分析了该模型在低和高抗生素诱导的一阶死亡率常数的限制下的行为，发现在低细菌接合率下获得最高的平均适应度。当共轭率超过一个阈值时，平均适应度下降到最小值，然后当共轭率变得无限大时，平均适应度渐近地上升到一个极限值。然而，该极限值小于在低共轭率极限下获得的平均适合度。对于我们所考虑的参数范围，平均适应度对结合率的这种依赖性相当小，并且由于抗生素的存在而导致的一阶死亡率常数接近于零而消失。对于抗生素死亡率常数的大值，我们已经得到了平均适应度的行为的解析解，与模拟结果吻合得很好。本文的结果表明，接合介导的HGT有轻微的有害影响的平均适合度的人口在突变选择平衡。因此，我们认为，HGT赋予一个选择性的优势，允许更快地适应一个新的或不断变化的环境。本文的研究结果与环境胁迫可以促进HGT的观察结果一致。
2009-07-04 q-bio.GN q-bio.PE
Thermal Adaptation in Viruses and Bacteria
先前建立的多尺度群体遗传学模型指出，在任何蛋白质失去稳定性都会赋予生物体致命表型的生理假设下，可以从蛋白质的物理性质推断适应度。在这里，我们进一步发展这个模型，假定细菌或病毒株的复制率（健身）直接取决于决定其复制率的折叠蛋白质的拷贝数。利用该模型，数值和分析方法，我们研究了细菌和病毒在不同环境温度下的适应过程。我们发现在模型和实验中观察到的蛋白质稳定性的广泛分布是病毒和细菌热响应的关键决定因素。我们的研究结果解释了大多数早期的实验观察：显着的不对称性的热响应曲线，缺乏进化的权衡，这是预期的，但没有发现在实验中，变性温度为几个蛋白质家族和最佳生长温度（OGT）的宿主生物体之间的相关性，和接近细菌或病毒的OGT，他们的进化温度。我们的理论定量和高精度地描述了35种细菌的热响应曲线，对于每个物种，只有两个可调参数，复制速率决定基因和代谢反应的能量屏障的数量。
2009-06-01 q-bio.BM q-bio.PE
An inhomogeneous stochastic rate process for evolution from states in an information geometric neighbourhood of uniform fitness
这项研究阐述了一个简单的进化随机速率过程的一些例子，其中人口的变化率取决于属性的分布-因此不同的群体以不同的速率变化。我们调查的影响所产生的演化参数化扰动的初始不均匀性的均匀性。信息几何邻域系统也产生了广泛的其他初始不均匀分布的解决方案，包括近似截断高斯任意小的方差和分布具有显着的极值。研究发现，在不适应度不均匀性初始分布的形状和方差发生相当大的变化时，平均值的下降确实会随着初始条件的变化而发生明显的变化，但净种群演化似乎出奇地稳定。
2010-01-23 q-bio.PE
The evolution of lossy compression
在复杂的环境中，无知和感知都有代价。一个有机体需要追踪与其周围世界的健康相关的信息，但它追踪的信息越多，就必须投入越多的资源用于记忆和处理。率失真理论表明，当允许错误时，可以通过生物学上合理的爬山机制找到非常有效的内部表征。我们确定了两种制度：高保真度区域，其中感知成本与环境复杂性成比例，以及低保真度区域，其中感知成本显著地独立于环境。当环境复杂性上升时，达尔文进化论应该会驱使生物体达到高保真度和低保真度之间的临界点。高效编码的有机体会发现自己能够在环境中做出最细微的区别。
2015-06-19 cs.IT math.IT nlin.AO
Monotonicity of Fitness Landscapes and Mutation Rate Control
进化生物学中的一个普遍观点是突变率被最小化。然而，在组合优化和搜索的研究已经显示出一个明显的优势，使用可变的突变率作为控制参数，以优化性能的进化算法。这一领域的许多生物学理论都是基于罗纳德·费希尔的工作，他使用欧几里得几何来研究突变大小与无限表型空间中后代预期适应度之间的关系。在这里，我们重新考虑这一理论的基础上的替代几何的离散和有限空间的DNA序列。首先，我们考虑的几何情况下的健身同构的距离从一个最佳的，并显示如何最佳的突变率控制问题可以解决的精确或近似取决于额外的约束条件的问题。然后，我们考虑一般情况下的健身通信的距离只有部分信息。我们定义了适应度景观的弱单调性，并证明了这一性质在所有连续且在最优点处开放的景观中成立。这一理论结果激发了我们的假设，最佳突变率功能，在这样的景观将增加时，健身最佳的某些邻域减少，类似的控制功能，在几何的情况下。我们通过分析DNA序列和转录因子之间的结合分数的115个完整景观中的近似最佳突变率控制函数来实验测试这一假设。我们的研究结果支持了这一假设，并发现突变率的增加是更迅速的景观，是不那么单调（更崎岖）。我们将讨论这些发现与生物体的相关性。
2019-08-24 cs.IT cs.NE math.IT
Law of the Minimum Paradoxes
“最小值法则”指出，增长是由最稀缺的资源（限制因素）控制的。这个概念最初应用于植物或作物生长（Justus von Liebig，1840），并得到许多实验的定量支持。提出了一些基于更复杂的“剂量-反应”曲线的推广。也有报告说，在自然和实验生态系统中违反了这一法律。我们研究了环境因素负荷下相似生物群的适应模型，并证明了违反李比希定律的适应效应。如果一个有机体在一个固定的环境中的适应性满足最小值定律，那么适应就平衡了基本因素的压力，因此违反了李比希定律。这就是最小值定律悖论：如果对于一个随机选择的“有机体-环境”对，最小值定律通常成立，那么，在一个适应良好的系统中，我们必须预期违反这一定律。对于相反的因素相互作用（一个相互放大的因素协同系统），适应导致从因素等效到较少因素的限制。为了分析适应，我们开发了一个系统的模型的基础上Selye的想法的通用适应资源（适应能源）。这些模型预测，在环境因素的负荷下，种群分为两组（阶段）：一组相关性较低，适应性较好，另一组相关性较高，属性差异较大，适应性较差。一些经验数据和跨学科的应用，计量经济学的证据进行了讨论。
2019-11-12 q-bio.PE
Supplementary information for "Selective sweeps in growing microbial colonies"
这是arXiv：1204.4896的补充信息，也出现在Physical Biology 9，026008（2012）中。微生物的进化实验是研究突变和自然选择的有力工具。然而，这些实验通常限于试管或恒化器的良好混合环境。由于空间组织可以显着影响演化动力学，需要在空间结构化的环境中进行进化实验。培养皿的表面提供了这样的环境，但是更详细地了解培养皿上的微生物生长对于解释这样的实验是必要的。我们制定了一个简单的确定性反应扩散模型，成功地预测了两个竞争物种在殖民地扩张过程中所产生的空间格局。我们还推导出这些图案的形状分析，而不依赖于微观细节的模型。特别是，我们发现，两种微生物菌株的相对适合度可以从选择性扫描创建的对数螺旋来估计。该理论进行了测试与芽殖酵母酿酒酵母菌株，空间竞争与不同的初始条件和一系列的相对适合度。反应扩散模型还将生长速率和扩散常数等微观参数与宏观空间模式联系起来，并预测了液体培养物和培养皿中的适应度之间的关系，我们通过实验证实了这一点。因此，空间扇区模式为常用的液体培养适合性测定提供了替代适合性测定。
2012-04-27 q-bio.PE
Compensatory mutations cause excess of antagonistic epistasis in RNA secondary structure folding
背景资料：生物体基因组积累随机突变时，适应性下降的速度是几种进化理论中的一个重要变量。在直觉层面上，随机突变应该倾向于协同地相互作用，这样平均适应度下降的速度随着随机突变数量的增加而加速，这似乎是自然的。然而，在最近的一些研究中，已经观察到拮抗上位性的流行（多个突变具有减轻而不是加强作用的趋势）。结果如下：我们通过测量中性突变体的比例作为突变距离d的函数，在计算机上研究了RNA二级结构折叠中上位相互作用的净数量和形式。我们发现了一个明确的普遍存在的拮抗上位性RNA二级结构折叠。通过将距离d处的中性突变体的分数与距离d处的平均中性相关联，我们表明，这种患病率来自于在较大的突变距离处存在许多补偿突变。结论：我们的研究结果意味着，在简单的健身景观的上位性的平均方向是直接相关的密度与健身峰分布在这些景观。
2003-02-18 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Population Fitness and Genetic Load of Single Nucleotide Polymorphisms Affecting mRNA splicing
有害的遗传变异可以使用基于信息论的识别位点序列分析作为数量性状进行评估。为了评估这些变体的影响，改变结合位点亲和力的SNP的适合度和遗传负荷来自个体信息和等位基因频率的变化。改变mRNA剪接的人类SNP根据其遗传负荷进行划分。具有高遗传负荷（> 0.5）的SNP在基因组中是常见的，并且在许多情况下，预测的效应得到基因表达研究的支持。
2011-07-04 q-bio.GN q-bio.PE
Redefining Fitness: Inference, Information and Phase Transitions in Evolutionary Dynamics
University of Chicago（芝加哥大学）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；University of Oxford（牛津大学）
研究重新定义进化动力学中适应性的概念，从推断角度解决其狭义定义存在的问题，通过贝叶斯似然重新定义适应性，推导相图及规则，证明该方法在多种种群动力学问题中的通用性和信息最大化是自然选择主导原则。
2026-07-16 nlin.AO physics.bio-ph q-bio.PE
Sensing and decision-making in random search
虽然微观生物可以使用基于梯度的搜索来定位资源，但这种策略可能不适合宏观生物可用的感觉信号。我们提出了一个框架，模型搜索决策的情况下，感觉信号是罕见的，受到大的波动，并包含很少的方向信息。我们的方法同时模拟生物体的内在运动行为（例如Levy步行），同时允许根据感官数据调整这种行为。我们发现，即使是一个简单的信号响应模型可以支配随机搜索的其他功能，大大提高搜索性能。特别是，我们表明，缺乏信号不是缺乏信息。没有接收到信号的搜索者可以迅速放弃目标贫乏的区域。这种现象自然会引起许多搜索生物所表现出的区域限制搜索行为。
2012-02-15 math.PR q-bio.PE
Evolution of genetic organization in digital organisms
我们研究了自我复制数字生物群体中遗传信息的表达模式和组织的演变。用线性表达的祖先播种实验，我们见证了复杂的，平行的二级表达模式的发展。使用信息论的原则，我们证明了一个进化的压力对重叠的表达造成的变化（从而进一步演变）急剧下降。最后，我们比较了显性基因组的重叠部分，这些部分是单独表达，并观察到显着差异，其编码的熵。
1999-03-06 adap-org cs.NE nlin.AO
Playing it safe: information constrains collective betting strategies
本文提出“稳妥行事”原则，指出在信息收集能力有限时生物系统应偏向更简单的世界模型以降低下注风险，并通过细菌随机表型切换证明该原则能提高种群适应度。
2023-05-28 cond-mat.stat-mech math.ST q-bio.PE
Impact of reproduction-mobility trade-off on biodiversity in rock-paper-scissors models in changing environmental conditions
研究环境变化下三营养级系统中繁殖与移动的权衡策略，发现该策略打破石头-剪刀-布模型平衡并减小单一物种域特征尺度，从而提升物种共存概率与生物多样性。
2023-05-04 nlin.AO nlin.PS physics.bio-ph
