The Role of Life Cycle and Migration in Selection for Offspring Variance
如果两个基因型的平均后代数相同，但后代数的方差不同，自然选择会偏向方差较小的基因型。在这些条件下，适应度的概念变得模糊不清，因为进化的结果不是确定的。然而，在几种情况下计算了后代数量的方差对突变策略固定概率的影响，得出的一般结论是，后代数量的方差降低了适应度，但仅与种群规模的倒数成比例（Gillespie 1974，Proulx 2000）。在集合种群的情况下，这种关系变得更加复杂，其中“有效”种群规模取决于迁移率、种群结构和生活周期〈动〉<动>。我们表明，在硬选择和弱迁移适应度在集合种群组成的大小相同的demes是由deme大小。相反，高迁移率和硬选择的有效健身取决于总规模的集合种群。有趣的是，在软选择下，迁移或邻近种群结构对有效适应度没有影响，适应度仅取决于种群规模。我们使用Shpak（2005）中开发的基于个体的模拟来验证我们的分析近似，并调查我们假设的相等deme大小的偏差。
2005-12-19 q-bio.PE
How to infer relative fitness from a sample of genomic sequences
越来越多的证据表明，自然种群可以拥有广泛的健身多样性与众多的基因组位点的选择。它也是已知的，在选择下的群体的系谱树是量化不同的预期下的中性进化和统计描述的金曼的合并。虽然家谱的统计结构的差异长期以来一直被用作选择存在的测试，但它们所包含的全部信息尚未被利用。在这里，我们将证明，从适应度不同的，但在其他方面非结构化的无性种群中提取的适度大量的随机基因组样本的重建系谱树的形状可以用来预测样本中个体的相对适应度。为了实现这一目标，我们定义了一个启发式算法，我们测试在硅片上使用模拟赖特-费舍尔模型的一个现实的范围内的突变率和选择强度。我们推断的健身排名是基于一个线性神经网络，它可以快速识别合并的谱系重建树。推断的适合度排名与实际适合度强烈相关，排名前10%的基因组是最适合的前20%，错误发现率为0.1-0.3，这取决于突变/选择参数。该排名还能够预测未来种群从当前种群继承的基因型。虽然推理精度随着样本大小单调增加，但200个样本几乎使性能饱和。我们建议，我们的方法可用于推断在肿瘤的单细胞测序中获得的基因组的相对适合度和监测病毒爆发。
2013-01-03 q-bio.PE
Impact of complex spatial population structure on early and long-term adaptation in rugged fitness landscapes
本文研究图结构种群在崎岖适应度景观中的适应过程，发现稀有迁移下有限结构和选择抑制可提高早期适应效率但延迟到达适应峰，并降低长期稳态有效种群大小与适应度。
2025-02-06 q-bio.PE
Natural selection. II. Developmental variability and evolutionary rate
在经典进化理论中，遗传变异提供了自然选择作用于其上的可遗传表型变异的来源。与这一经典观点相反，一些理论强调发育变异性和学习增强了不可遗传的表型变异，这反过来又可以加速进化反应。在本文中，我展示了如何发展的变异性改变演化动力学平滑的景观，基因型与健身。在一个具有多个峰谷的适应度景观中，发育变异性可以平滑景观，提供一条直接增加适应度的路径，使适应度达到最高峰。发育变异性也允许基因型在应对新的或极端的环境挑战时最初存活，为随后的适应提供了机会。这种最初的生存优势来自于发育变异性平滑和拓宽了适应度景观的方式。最终，发育过程和遗传变异之间的协同作用决定了进化速度。
2011-09-26 q-bio.PE
Another Way to Calculate Fitness from Life History Variables: Solution of the Age-Structured Logistic Equation
r-选择指的是在种群指数增长率上的进化竞争。这与K选择形成对比，在K选择中，处于稳定状态的种群在资源转换效率方面进行竞争。自然界的进化被认为是以不同的比例将这两者结合起来。但在模拟生活史〈动〉<动>时，理论家们只使用r-选择;到目前为止，还没有一种实用的算法来计算K-选择的目标函数。根据欧拉-洛特卡方程计算出的马尔萨斯参数，是r选择中r的定量表现，根据基本的生活史〈动〉变量死亡率和生育率计算。在此，K的定量公式以类似的术语导出。我们的模型的基础是逻辑方程，我们认为，适用于更普遍的比通常赞赏。支持这种模式的效用，并展示了一个例子计算，其中K-选择似乎支持多效性解释衰老只有四分之一，以及R-选择。
2005-11-14 q-bio.PE
Cumulants, Moments and Selection
Emory University（埃默里大学）；University of Idaho（爱达荷大学）
本文揭示了累积量与连续选择、矩与离散选择之间的数学联系，推广了费雪基本定理，并针对简单突变模型求得适应度分布平衡矩的精确解，指出平衡分布形状仅由突变决定。
2026-10-08 q-bio.PE
Generalization of the Ewens sampling formula to arbitrary fitness landscapes
在考虑转录区域、调控模块和其他感兴趣的基因组位点的进化时，我们经常面临等位基因状态的数量大大超过群体大小的情况。在这个极限下，种群最终会达到突变-选择-漂移平衡的稳定状态。虽然新的等位基因继续通过突变进行探索，但群体的统计数据，特别是在从群体中采集的样品中看到特定等位基因构型的概率，并不随时间而改变。在没有选择的情况下，等位基因构型的概率由Ewens抽样公式给出，该公式广泛用于群体遗传学以检测偏离中性的情况。在这里，我们将这个公式推广到任意的，可能上位的，适应度景观。虽然我们的方法是一般性的，我们专注于类的景观，其中等位基因被分组为两个，三个或几个健身状态。这类景观产生的采样概率在计算上更容易处理，并且可以形成从序列数据推断选择签名的基础。我们证明，对于相当大范围的突变率和选择系数，稳态等位基因多样性不是中性的。因此，它可以用来推断选择系数，以及其他关键的进化参数，使用进化群体的高通量测序收集基因座多态性的数据。我们还发现，我们的理论仍然足够准确，即使假设，如无限的等位基因限制和“完全连接”的假设，其中每个等位基因可以突变成任何其他等位基因是放松的。因此，我们的框架建立了一个理论基础，推断选择签名从上位适应度景观进化产生的序列样本。
2016-07-25 q-bio.PE
Evolution with recombination as a Metropolis-Hastings sampling procedure
本文提出了一个包括单倍体选择、突变、重组和漂变的群体遗传进化模型。突变选择均衡可以精确地表示为任意适应度函数的封闭形式，而无需采用扩散近似。通过使用n-亲本而不是2-亲本重组产生新的后代来实现可处理性。虽然这在后代中强制连锁平衡，但它允许在连锁不平衡下分析整个群体。我们推导出一个一般的和确切的适应度波动和选择反应之间的关系。我们的假设允许各种非平凡的适应度函数的模型的平稳分布的分析计算。这些结果使我们能够谈论遗传结构，即，不同的适应度函数会导致什么样的平稳分布。本文提出了精确推导有限和无限总体定态的方法。这种方法可以应用于许多适应度函数，我们给出了其中四个的精确计算。这些结果使我们能够研究亚稳定性，适应度函数之间的权衡，甚至考虑纠错码
2023-02-24 q-bio.PE
Resolving the paradox of evolvability with learning theory: How evolution learns to improve evolvability on rugged fitness landscapes
有人假设，进化能够产生如此令人印象深刻的适应性的主要原因之一是因为它提高了自己的进化能力--“可进化性的进化”。例如，进化发育生物学的早期先驱鲁珀特·里德尔（Rupert Riedl）认为，复杂适应的进化是由一种发育组织促进的，这种组织本身是由过去的选择塑造的，以促进进化创新。然而，选择那些能够实现未来创新的特征似乎是自相矛盾的：自然选择不可能偏爱那些尚未产生利益的结构，而偏爱那些已经产生利益的特征并不构成未来创新。在这里，我们解决了这个悖论，利用演化和学习系统的演化之间的形式等价。我们使用使简单学习系统能够泛化的条件，即，利用过去的经验来提高以前看不见的性能，未来的测试案例，以证明自然选择可以系统地支持有利于未来进化的发展组织的条件。利用数值模拟进化高度上位性的适应度景观，我们说明了如何进化的基因调控网络的结构可以导致增加的进化能力，能够避免当地的适应度峰值，发现更高的适应度表型。我们的研究结果支持Riedl的直觉：“模仿”表型约束组织的发展组织可以受到短期选择的青睐，也有利于未来的创新。重要的是，这种令人惊讶的可进化性的进化条件来自于允许学习系统泛化的相同的非神秘条件。
2016-12-18 q-bio.PE
Resistance Maintained in Digital Organisms despite Guanine/Cytosine-Based Fitness Cost and Extended De-Selection: Implications to Microbial Antibiotics Resistance
抗生素耐药性在疾病治疗中引起了许多并发症，其中病原体不再对特定抗生素敏感，并且使用此类抗生素不再有效治疗。最近一项利用数字生物的研究表明，在停用抗生素后，完全消除特定抗生素耐药性是不可能的，假设一旦建立耐药性，维持耐药性就没有适应性成本。适应性成本是指生物体对环境变化的反应，生物体在一个方面的能力提高是以牺牲另一个方面的能力为代价的。我们在这项研究中的目标是使用数字生物体来检查在维持抵抗力的过程中产生的适应性成本的获得和丧失抵抗力的速率。我们的研究结果表明，GC含量为基础的健身成本在取消选择期间，通过去除抗生素诱导的选择压力描绘了类似的趋势，阻力相比，没有健身成本，在所有阶段的初始选择，重复取消选择和重新引入选择压力。配对t检验表明，初始损失后阻力的长期稳定性与无适应度成本的差异无统计学意义。这表明，一旦建立了耐药微生物库，尽管在停用抗生素期间维持抗生素耐药性存在适应性成本，但停用抗生素后不太可能完全消除特定的抗生素耐药性。
2023-02-19 cs.NE q-bio.PE
The Strategic Reference Gene: an organismal theory of inclusive fitness
如何定义和使用包容适应度的概念是进化理论中一个有争议的话题。包容适应度可以用来计算焦点基因的选择，但它也适用于整个生物体。然后，预测个体似乎被设计为最大化其包容性适应性，前提是满足某些条件（正式地说，当个体之间的相互作用是“相加的”时）。在这里，我们认为，适用于有机体的包容性适应的概念是合理的，在更广泛的条件下比以前所示，但只有当它是适当的定义。具体来说，我们建议生物体应该最大限度地提高其后代的总和（包括由于亲属的行为/表型而产生的任何累积），加上对其亲属后代生产的任何影响，按相关性加权。相反，大多数理论家认为，一个焦点个人的包容性健身应排除任何后代积累由于亲属的行为。我们的方法是基于这样的概念，即长期进化遵循基因组的“大多数利益”，即建立连贯的机构，这些机构是基因繁殖的有效“载体”。选择倾向于减少其他基因座上未连锁基因的繁殖的基因（例如降低精子产量的减数分裂分离扭曲因子）最终会被整个基因组其余部分的反选择所中和。因此，大多数表型似乎是为了使任何给定基因在焦点个体及其亲属中的繁殖最大化而设计的。
2019-05-13 q-bio.PE
Adaptation and irreversibility in microevolution
在群体遗传学的框架内，我们考虑了在快速变化的自然选择（微进化）的影响下无性单倍体群体的进化。我们关注的情况下，其中的环境施加选择随机变化。我们推导出有效的基因型和健身动力学在较慢的时间尺度上，相关的遗传修饰发生。我们发现，尽管快速的环境切换，人口管理，以适应快速的时间尺度产生有限的积极贡献的健身。然而，这样的贡献是平衡的适应度由于不断变化的选择，使全局适应度的统计数据可以忽略快速环境过程的细节来描述。如果只考虑慢时间尺度上的有效基因型和适应度动态，那么在快时间尺度上的适应发生将是不可检测的。因此，我们提出了一个实验观察到它。
2014-11-13 q-bio.PE
Fitness landscapes and evolution
引入了适应度的概念，并给出了自然选择基本定理的简单推导（该定理指出，如果种群的方差不为零，则种群的平均适应度增加）。经过一个简短的讨论的适应性步行模型，一个简短的回顾给出了准种的方法来分子进化和错误阈值。平坦的适应景观的分子进化的相关性被强调。最后几个例子，涉及更广泛的概念，健身，特别是两级选择，进行了简短的审查。
1995-05-02 cond-mat q-bio.PE
Neutral selection
哈贝尔的生物多样性中性学说〈动〉<动>成功地解释了观察到的许多生态群落的组成，但它依赖于物种之间严格的人口等效性，没有为选择，适应和物种形成等进化过程提供空间。在这里，我们将展示如何将中性学说〈动〉嵌入达尔文的框架。在具有二次最大值的适应度景观中，选择限制现存物种具有接近最优的性状，因此存活物种之间的适应度差异很小。对于足够小的突变步骤，社区结构完全符合Fisher对数系列物种丰度分布。该理论对中等量的环境噪声相对不敏感，其中适应度最大值的位置按无噪声分布的宽度的顺序变化。添加非常大的环境噪声的模型定性地改变了丰度分布，转换成幂律衰减的大物种的指数下降，典型的中性模型与环境噪声。
2012-11-15 q-bio.PE
Biophysical Fitness Landscapes for Transcription Factor Binding Sites
细胞群体的进化轨迹和表型状态最终取决于DNA、RNA、蛋白质和其他分子种类之间的分子间相互作用。本文研究了单细胞真核生物基因调控。酿酒酵母的基因表达受转录因子（TF）和它们的同源基因组位点之间的相互作用的影响。我们的研究是通过高通量的TF-DNA结合相互作用的体外测量和基因组结合位点的全面收集而得知的。使用单态种群进化模型上的适应度景观，我们推断健身TF-DNA结合能的函数为12个酵母TF的集合，并表明预测的健身功能的形状是在广泛的协议与一个简单的热力学模型的两个状态TF-DNA结合。然而，该模型的有效温度并不总是等于物理温度，这表明除了TF-DNA相互作用引起的生物物理约束之外，还有选择压力。我们发现几乎没有统计学支持的适应度景观中的结合位点的每个位置独立发展，上位性是常见的基因调控的演变。最后，通过将TF-DNA结合能与它们调节的位点或基因的生物学特性相关联，我们能够排除位点特异性选择的几种情况，在这种情况下，相同TF的结合位点将经历取决于它们在基因组中的位置的选择压力谱。这些研究结果认为，普遍存在的适应度景观的形状为一个给定的TF的所有网站的演变，其属性部分由蛋白质-DNA相互作用的物理决定。
2013-12-03 q-bio.PE
Adaptive walks and distribution of beneficial fitness effects
本文研究了在具有许多局部适应度峰值的崎岖适应度景观上，不适应的无性种群的适应动态。假设有益的适应性效应的分布属于三个极值域之一，即Weibull，Gumbel和Fr{é}chet。我们在强选择-弱突变机制中工作，其中有益的突变顺序固定，并且种群在适应度景观上进行上坡行走，直到达到局部适应度峰值。我们的分析的一个惊人的预测是，连续步骤之间的适应性差异遵循威布尔域中收益递减和Fr{é}chet域中收益加速的模式，随着种群初始适应性的增加。这些趋势被认为是强大的健身相关性。我们相信，这一结果可以利用在实验中，以确定有益的健身效果的分布的极值域。我们的工作在这里显着不同，从以前的假设选择系数是小的。考虑到大的影响突变，我们发现，步行的长度显示出不同的定性趋势，从那些使用小的选择系数近似。
2013-10-29 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Selection for Fitness vs. Selection for Robustness in RNA Secondary Structure Folding
我们研究了两个不同的神经网络上的两个准物种之间的竞争。在假设两个神经网络具有不同的拓扑结构和适应度水平的情况下，突变率决定了哪些准物种最终将被灭绝。对于小的变异率，我们发现，准物种居住在具有较低的复制率的神经网络将消失。然而，对于更高的突变率，如果第二个神经网络上的连接密度足够高，则复制速度更快的序列可能会被复制速度更慢的序列竞争。我们的分析结果与复制RNA序列的流动反应器模拟非常一致。
2001-03-09 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Inferring genetic fitness from genomic data
一个自然发展的种群的遗传组成被认为是由于突变、选择、遗传漂变和重组。选择被建模为单位点项（加性适应度）和双位点项（成对上位适应度）。提出了从发展中群体的时间序列的全基因组数据推断上位适应度的问题。我们产生这样的数据在硅片上，并表明，在准连锁平衡（QLE）木村，Neher和Shraiman阶段，属于在足够高的重组率和足够低的突变率，上位适合可以定量正确推断使用逆Ising/Potts方法。
2020-01-07 q-bio.PE q-bio.QM
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
Quantifying Slow Evolutionary Dynamics in RNA Fitness Landscapes
我们重新研究了RNA二级结构在定向选择〈动〉<动>下的演化动力学。我们发现，间断的均衡导致一个非常缓慢的接近最佳，平均以下的进化时间的倒数功率。此外，我们的轨迹的研究表明，由于进化过程的平衡外的影响是非常弱的。特别是，基因型的分布是接近平衡稳定选择过程中产生的。因此，演化动力学几乎没有留下可测量的失衡痕迹，只有过渡基因型（接近不同停滞期之间的边界）具有非典型的突变特性。
2009-11-28 q-bio.PE
Limiting fitness distributions in evolutionary dynamics
达尔文进化论一般可以被建模为适应度（即繁殖率）分布空间中的流动。在扩散近似中，Tsimring等人已经表明，这种流动允许“适应性波”解：高斯形适应性分布以恒定速度向更高的适应性值移动。在这里，我们更普遍地表明，不断发展的健身分布被吸引到一个单参数的分布家庭与固定的偏度和峰度之间的抛物线关系。与健身波不同，这种统计模式包括积极和消极（也称为消极）。纯化）选择，并且不限于快速适应的群体。此外，我们发现，在选择预先存在的变异的情况下，种群的平均适应度是时间的幂律函数，正如微生物进化实验中观察到的那样，但与适应度波理论不同。在概念层次上，我们的结果可以被看作是对费雪自然选择基本定理的“动态不足”的解决。我们的预测是在良好的协议与数值模拟。
2016-02-16 cond-mat.stat-mech cs.NE q-bio.PE
Interference limits resolution of selection pressures from linked neutral diversity
普遍的自然选择可以强烈地影响观察到的遗传变异模式，但当多个选择的变体在基因组的附近区域分离时，这些影响仍然知之甚少。经典的群体遗传学未能解释连锁突变之间的干扰，这种干扰随着选定多态性密度的增加而变得越来越严重。在这里，我们描述了一个简单的限制，出现干扰是常见的，其中个别突变的健身效果发挥相对较小的作用。相反，分子进化是由种群内适应性的差异决定的，定义在基因组的一个有效的无性片段（一个“连锁块”）上。我们利用这种不敏感性，在一个新的“粗粒度”的合并框架，它近似的影响，许多弱选择的突变与少量的强选择的突变具有相同的方差健身。这种近似产生的遗传多样性〈动〉性，不能概括为一个简单的减少有效种群大小的准确和有效的预测。然而，这些结果表明，从当代序列数据单独解决个人选择压力的能力，从根本上限制，因为广泛的参数产生几乎相同的模式的序列变异性。
2013-06-05 q-bio.PE
Stronger selection can slow down evolution driven by recombination on a smooth fitness landscape
更强的选择意味着更快的进化-也就是说，力量越大，变化越快。然而，这一明显不证自明的命题是在假设群体内的遗传变异主要由突变提供的前提下得出的（即，突变驱动的进化）。在这里，我们表明，这一命题实际上并不适用于重组驱动的进化，即遗传变异主要是由重组而不是突变产生的进化。通过对重组、迁移和选择的群体遗传学模型的数值研究，我们证明了在一个完全光滑的适应度景观上，更强的选择可以减缓进化。通过简单的分析计算，这个明显违反直觉的结果被证明是源于自然选择对进化速度的两种相反的影响。一方面，自然选择倾向于通过增加更适合的基因型的固定概率来提高进化的速度。另一方面，自然选择倾向于通过减少移民和居民个体之间重组的机会来降低进化的速度。由于这些相反的效应，存在一个有限的选择压力，使进化速率最大化。因此，如果遗传变异主要由重组提供，那么更强的选择可能意味着更慢的进化。
2017-08-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Computational and Experimental Exploration of Protein Fitness Landscapes: Navigating Smooth and Rugged Terrains
本文探讨了蛋白质适应度景观的理论框架及其平滑与崎岖的生物物理基础，并综述了计算与实验方法在探索和利用适应度景观方面的最新进展，以寻找蛋白质优化的高效路径。
2024-11-20 q-bio.PE
Novel models of trait evolution via an expansion of Lande's fitness function: The Ornstein-Uhlenbeck process meets the Little Prince's boa
University of Florida（佛罗里达大学）；Universidad Santo Tomás（圣托马斯大学）；Wake Forest University（维克森林大学）；University of Kentucky（肯塔基大学）
该研究扩展兰德适应度函数，结合OU模型构建性状演化新随机微分方程模型，解释非高斯适应度函数机制，为相关演化假说检验及生态与演化动态研究提供了新途径。
2026-08-21 q-bio.PE
Fitness in time-dependent environments includes a geometric contribution
表型进化意味着新基因组序列的连续固定。这些突变固定的速度部分取决于突变体与祖先的相对适合度（选择系数）。使用简单的种群动力学模型，我们证明了动态环境中的相对适应度不等于单个环境的平均适应度。相反，它包括一个明确依赖于环境序列的术语。这个术语本质上是几何的，并且仅取决于由系统在环境状态空间中所采取的轨迹所包围的定向区域。它与经典和量子物理系统中研究得很好的几何相位有关。我们讨论了这些观察结果可能的生物学意义，重点是新的代谢或抗应激功能的进化。
2011-06-01 q-bio.PE
A comprehensive representation of selection at loci with multiple alleles that allows complex forms of genotypic fitness
本文提出一种多等位基因位点选择力的解析表示，区分种群多样性与基因型适应度的作用，适用于加性、乘性、随机波动、频率依赖及杂合子优势等复杂适应度形式。
2024-11-10 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.PE
Natural Selection in the Wake of Catastrophe
University of Chicago（芝加哥大学）
提出灾难后自然选择理论，发现平均适应度随时间倒数松弛，系数与耦合性状数成正比，并通过大肠杆菌抗生素实验验证，揭示其遵循Levenberg-Marquardt优化算法。
2026-06-08 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph 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
Adaptation in simple and complex fitness landscapes
这是一个无性种群的确定性突变选择模型的介绍性综述（即，准物种理论）及相关课题。首先，介绍了适应度、突变和序列空间的基本概念。不同类型的突变选择动力学的定义和它们之间的关系，统计物理问题的概述。然后详细讨论了简单单峰适应度景观中的平稳种群分布，特别强调了误差阈值现象。扩展的理论，涵盖例如上位相互作用，二倍体生物体，保守复制和时间依赖的健身高峰进行了简要描述。另一部分致力于随机崎岖的适应度景观，这可能会显示不同程度的适应度相关性以及扩展的神经网络。最后两个部分解决了演化动力学在崎岖和光滑的适应度景观，并提供了相关实验的简要概述。
2005-08-05 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Getting higher on rugged landscapes: Inversion mutations open access to fitter adaptive peaks in NK fitness landscapes
分子进化通常被概念化为在崎岖的适应度景观上的适应性行走，由突变驱动并受增量适应度选择的约束。众所周知，上位性塑造了景观表面的凹凸不平，勾勒出它们的地形（高适应性的高峰被低适应性基因型的山谷隔开）。然而，在强选择弱突变（SSWM）限制内，一旦自适应行走达到局部峰值，自然选择就会限制通过下游路径，并阻碍达到更高适应值的任何可能性。在这里，除了广泛使用的点突变，我们引入了一个最小的模型序列反转来模拟自适应行走。我们使用著名的NK模型来实例化崎岖的景观。我们表明，自适应行走可以达到更高的适应值，通过反转突变，这相比，点突变，允许进化过程中逃脱当地的健身高峰。为了阐明这种染色体重排的影响，我们使用一个图形理论表示的可访问的突变体，并显示如何发现新的进化路径。本模型提出了一个简单的机械原理来分析逃逸的本地健身峰驱动的分子进化（基因内）结构倒位，并揭示了一些后果的限制点突变的模拟分子进化。
2022-10-13 nlin.AO physics.bio-ph q-bio.PE
Effects of population- and seed bank noise on neutral evolution and efficacy of natural selection
群体遗传学模型通常考虑固定的群体大小和唯一的选择系数。然而，种群动力学固有地在个体的数量中产生噪声，并且选择作用于个体的适应度的各个组成部分。在具有种子库的植物物种中，地上隔室和地下隔室的大小取决于种子产量和种子库的状态而呈现噪声。我们调查这种噪音是否对1）遗传漂变的速率和2）选择的效力有影响。我们认为四个变种的两个等位基因莫兰型模型定义的组合存在和不存在的噪音在地上和种子库车厢。时标分析和降维方法使我们能够将相应的Fokker-Planck方程简化为Moran模型的一维扩散近似。我们首先表明，如果地面上的噪音经典地影响遗传漂变率，地下噪音降低了种子库的多样性存储效果。其次，我们认为选择可以作用于植物适合度的四个不同组成部分：植物或种子死亡率，种子生产或种子萌发。我们的显著结果是，种子库噪声降低了对种子死亡率或发芽率的选择效果，而对植物死亡率或种子产量的选择不受影响。我们得到预期的网站频谱反映了这种异质性的选择效果之间的基因支持不同的植物健身组件。我们的研究结果强调了考虑生态噪声的影响来预测种子库对中性和选择性进化的影响的重要性。
2017-12-11 q-bio.PE
Repeatability of evolution on epistatic landscapes
进化是一个动态的过程。进化的两种经典力量是突变和选择。假设小的突变率，进化可以仅仅根据表型之间的适应性差异来预测。在不同的突变率以及不同的适应度下预测进化过程仍然是一个悬而未决的问题。然而，实验过程确实包括这些复杂性以及波动的种群大小和随机事件，如灭绝。我们调查的突变路径概率的系统具有上位效应的健身和突变率使用的理论和计算框架。与以前的模型相比，我们不局限于典型的强选择，弱突变（SSWM）制度或固定的人口规模。相反，我们允许上位相互作用也影响突变率。这可能导致定性的非平凡动力学。在SSWM体系中可以忽略不计的路径可以克服健身谷并变得可访问。这一发现有可能扩展基于SSWM基础的传统预测，并使我们更接近实验系统中观察到的结果。
2015-03-19 q-bio.PE
Random evolutionary dynamics driven by fitness and house-of-cards mutations. Sampling formulae
我们首先重新审视多等位基因突变适应度平衡问题，特别是当突变服从纸牌屋条件时，其中等位基因频率的离散时间确定性演化动力学来自Shahshahani潜力。然后，我们考虑多等位基因Wright-Fisher随机模型，其偏离中性是从Shahsha-hani突变/选择潜力。接下来，我们专注于弱选择，弱突变的情况下，利用伽玛演算，我们计算的归一化分区函数的不变的概率密度出现在他们的赖特-费舍尔扩散近似。利用这些结果，导出了平衡分布的广义Ewens抽样公式（ESF）.我们开始处理混合突变/选择潜力情况下的ESF，然后我们将自己限制在更简单的纸牌屋突变情况下的ESF。本文还讨论了无穷多等位基因弱极限下的抽样问题。
2017-04-30 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The Fundamental Theorem of Natural Selection
假设我们有$n$不同类型的自我复制实体，其中第$n$类型的种群$P_i$以等于$P_i$乘以该类型的适应度$f_i$的速率变化。假设适应度$f_i$是所有种群$P_1, \dots, P_n$的任意连续函数。设$p_i$为第$i$类复制子的比例。然后，$p = (p_1, \dots, p_n)$是一个时间相关的概率分布，我们证明了它的速度作为衡量的Fisher信息度量等于适应度的方差。粗略地说，这意味着通过自然选择更新信息的速度等于适应度的方差。这个结果可以看作是费雪自然选择基本定理的修正版。我们将其与Price，Ewens和Edwards解释的Fisher原始结果进行比较。
2021-10-06 cs.IT math.IT q-bio.PE
Natural selection. I. Variable environments and uncertain returns on investment
许多研究分析了繁殖成功的可变性如何影响健身。然而，每一项研究往往侧重于一个特定的问题，留下不清楚的整体结构的变异性的人口。这种断裂的概念框架通常会导致特定的应用程序不完整或不正确的分析。在本文中，我提出了一个简明扼要的介绍这一理论的两个关键方面。首先，所有适合度的衡量标准最终都来自于个体或基因型的繁殖成功率与群体平均繁殖成功率的相对比较。这种相对的衡量标准在繁殖成功和健康之间建立了一种递减的关系。收益递减降低了与繁殖成功率的变异成比例的适合度。成功的相对度量也导致了一种频率依赖性，这种频率依赖性有利于罕见类型。第二，群体的变异性具有等级结构。个体在不同性状上的成功差异会影响个体在繁殖中的差异。不同个体的繁殖之间的相关性会影响整个种群中特定等位基因的总体成功率的变化。我们必须考虑变异性的层次结构，它与时间、空间和发育变异性的不同后果有关。虽然对可变性的完整分析有许多独立的部分，但这个简单的框架使人们能够看到整体的结构，并将特定问题与一般理论适当地联系起来。对相对成功的生物学理解和种群变异的等级结构也可能有助于不确定性下回报的更深层次的经济理论。
2011-09-26 q-bio.PE
Bistability in two-locus models with selection, mutation, and recombination
重组的进化效应主要取决于连锁基因座之间的上位相互作用。已知重组是非常不利的一个典型情况是两个位点的适应度景观，其显示具有两个不等高的适应度峰的相互符号上位性。针对平衡解中双稳态的出现，本文考虑了具有可逆突变、选择和重组的确定性单倍体双位点模型。我们发现解析公式的临界复合概率rc以上出现两个稳定的固定的解决方案，这是本地化的两个健身高峰。我们还得到了固定的基因型频率在各种参数制度。当重组率接近rc且两个峰之间的适合度差很小时，我们得到了一个类似于Landau物理相变理论的三次多项式的紧凑描述。
2010-06-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fitness inference tested by in silico population genetics
Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；Nanjing University（南京大学）；University of Pittsburgh School of Medicine（匹兹堡大学医学院）；AlbaNova University Center（阿尔巴诺瓦大学中心）
本研究通过计算机模拟检验了利用群体遗传学数据推断适应度参数的可行性，并探讨了在何种参数范围内该推断是可能的。
2025-10-23 physics.bio-ph q-bio.PE
Quasilocalization under coupled mutation-selection dynamics
Core Facility for Bioinformatics, Philippine Genome Center, University of the Philippines System（菲律宾大学系统菲律宾基因组中心核心生物设施）；National Institute of Physics, University of the Philippines Diliman（菲律宾大学迪利曼分校国家物理研究所）
研究在突变率高时，准物种理论预测最适类型未必主导，超过临界突变率时可能完全脱离适应性景观峰。本文推导出关联准物种的Hill数与有效适应性方差与突变率平方比的简单通用关系，提出局部化因子概念。
2026-04-14 q-bio.PE
Evolution of Variance in Offspring Number: the Effects of Population Size and Migration
Gillespie（1974）指出，如果两个基因型在每代中产生相同的平均后代数，但具有不同的方差，则方差较小的基因型将具有较高的有效适合度。具体地说，有效适应度是W（effective）=w-var/N，其中w是平均适应度，var是后代数量的方差，N是总种群大小。该模型还预测，如果一个策略具有比竞争对手更高的算术平均适应度和更高的方差，则选择的结果将取决于种群规模（较大的种群规模有利于高方差，高平均基因型）。这表明，对于集合种群与大量（相对）小demes，一个策略，较低的方差和较低的平均值可能是有利的，如果迁移率低，而较高的迁移率（符合一个较大的有效种群大小）有利于相反的策略。基于个人的模拟证实，这确实是一个岛屿模型的迁移的情况下，虽然迁移的影响有很大的不同，这取决于迁移之前或之后的选择。在附录中注意到，虽然Gillespie 1974似乎确实在理论上是准确的，但不清楚有效适应度的定义是否来自他的推导。
2005-01-26 q-bio.PE
Evolution models with base substitutions, insertions, deletions and selection
平行突变选择方案的进化模型的情况下，选择是伴随着碱基替换，插入和删除。假设适应度是单峰函数（即，具有一个有限的不连续性）或与参考序列的汉明距离的平滑函数。在大基因组极限下精确计算了平均适应度。在插入和缺失的情况下，进化特征取决于参考序列的选择。
2009-08-12 q-bio.PE q-bio.QM
Information-geometric optimization with natural selection
本文将群体遗传学与进化优化结合，提出一种基于自然选择、群体重组和自适应增强选择的简单进化算法，无需矩阵求逆或协方差矩阵存储，性能与协方差矩阵自适应和自然进化策略相当。
2020-02-19 cs.NE 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
The Effect of Sporadic Dormancy on Adaptation under Natural Selection: A Formal Theory
针对稀有物种存活与微生物休眠现象，本文利用遗传算法仿真提出并验证了零星休眠理论，证明其能显著提升弱小/稀有物种适应度并降低灭绝概率。
2025-06-28 q-bio.PE
Stochastic slowdown in evolutionary processes
研究了转移概率依赖于状态且至少有一个吸收边界的生灭过程。在进化中，这描述了选择作用于有限种群中的两种不同类型，其中生殖事件连续发生。如果两种类型具有相等的适应度，则系统执行随机游走。如果一种类型具有适应性优势，则它会受到选择的青睐，这会在转移概率中引入偏差（不对称性）。有利的变种人入侵并接管需要多长时间？令人惊讶的是，我们发现，这样一个过程的平均时间可以增加，即使突变型总是有一个健身优势。我们讨论了这一发现的莫兰过程，并开发了一个简化的模型，使一个更直观的理解。我们表明，这种效果可以发生弱，但非零的偏见（选择）的状态依赖的过渡率和推断的标度与系统的大小。我们还讨论了群体遗传学中常用的Wright-Fisher模型，该模型表明这种随机减速并不局限于出生-死亡过程。
2010-07-09 q-bio.PE
Extending a Phylogeny-based Method for Detecting Signatures of Multi-level Selection for Applications in Artificial Life
University of Michigan, Ann Arbor, United States（密歇根大学）；Michigan State University, East Lansing, United States（密歇根州立大学）
本研究扩展基于系统发育的方法以检测多级选择信号，通过代理建模验证其有效性，并探讨其在人工生命研究中的应用。
2025-08-19 cs.NE q-bio.PE
The intermediate evolution phase in case of truncated selection
使用统计物理的方法，我们提出了严格的理论计算Eigen的准种理论与截断适应度景观，大大限制了可用的序列空间的复制准种。根据突变率，我们观察到三个阶段，一个选择性的，一个中间的一些剩余的顺序和一个完全随机化的阶段。我们的结果适用于一般情况下的适应度景观。
2009-08-14 q-bio.PE q-bio.QM
Mutation-Selection Balance: Ancestry, Load, and Maximum Principle
我们展示了如何从统计物理学的概念，如序参量，热力学极限，量子相变，转化为生物学概念的突变选择模型序列进化，并可以使用。这篇文章在群体遗传学的框架内采取了生物学的观点，但包含了一个物理学家的附录，这使得这种对应关系变得清晰。我们分析了确定性单倍体突变选择模型的平衡行为。同时考虑了正演和时间反演两种演化过程。后者的稳定状态被称为祖先分布，这是研究突变选择平衡的关键。我们发现，它决定了平衡的平均适应度的变化的适应值的敏感性，并讨论了突变鲁棒性的演变的影响。我们进一步表明，祖先和人口之间的差异平均健身，称为突变损失，提供了一个衡量的敏感性平衡平均健身突变率的变化。对于一类模型，其中个体中的突变数被视为性状值，并且适应性是性状的函数，我们使用祖先公式推导出一个简单的最大值原理，从中可以推导出适应性和性状的均值和方差;结果对于一些极限情况是精确的，否则产生近似值，对于广泛的参数是精确的。这些结果适用于（错误）阈值现象所造成的相互作用的选择和突变。它们导致概念的澄清，以及阈值存在的标准。
2002-02-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Evolution of a population of random Boolean networks
我们研究了随机布尔网络的种群在选择下的演化，其动态特性对节点状态扰动的鲁棒性。适应度景观包含一个跨越整个网络空间的最大适应度的巨大平台。当选择如此强烈以至于它压倒了漂移时，进化过程就会伴随着平均连接性的缓慢增加和平均适应度的缓慢下降。具有较高突变率的进化群体在突变下表现出较高的稳健性。这意味着，即使所有进化的种群都存在于最大适应度的平台附近，它们最终会出现在网络空间的不同区域。
2008-08-18 q-bio.MN q-bio.PE
Deterministic evolution of an asexual population under the action of beneficial and deleterious mutations on additive fitness landscapes
研究了一个无限大的无性种群的频率分布的连续时间模型，其中有益突变和有害突变都发生，并且适应度是可加的。当忽略有益突变时，频率分布的精确解已知为泊松分布。在这里，我们包括有益的突变，并获得精确的表达式的频率分布在任何时候使用本征函数展开方法。我们发现，平稳分布是非泊松和有关的第一类贝塞尔函数。我们还提供了适当的近似的平稳分布和时间放松到稳态。我们的精确结果，特别是在突变选择平衡，可以是有用的，在发展半确定性的方法来理解随机进化。
2016-08-31 q-bio.PE
The invariance and non-decreasing expectation of an evolutionary path characteristic under weak selection
本文推导了弱选择与遗传漂变下的 Fokker-Planck 方程及路径积分公式，发现适应性性状概率密度与中性条件之比是一个时间不变的演化路径特征，其期望非递减，为衡量随机演化进展提供了替代平均适应度的稳健方案。
2025-08-15 math-ph math.MP q-bio.PE
Extended Inclusive Fitness Theory bridges Economics and Biology through a common understanding of Social Synergy
包容性适应度理论（Inclusive Fitness Theory，IFT）是由W.D.汉密尔顿解释了允许社会存在的个人之间的合作的出现和维持。当代进化生态学确定了几个因素，增加包容性的健身，除了亲属选择，如亲或同宗，和社会协同合作引发的。在这里，我们提出了一个扩展的包容性的健身理论（EIFT），包括在健身计算中的所有直接和间接的好处，代理获得自己的行动，并通过与亲属和与遗传无关的个人的相互作用。这种提法侧重于可持续的成本/效益阈值比的合作和代理共享相互兼容的模因或基因的概率。这种对社会动力学性质的更广泛的描述允许比较亲属和非亲属之间的合作、种内和种间合作、共同进化、共生的出现、社会协同作用以及劳动分工的出现。EIFT通过描述劳动分工在社会协同作用的出现中的作用，促进了跨学科的思想交流，为研究社会行为的生物进化和经济市场动态提供了一个综合框架。
2015-11-25 q-bio.PE
Maximum principle and mutation thresholds for four-letter sequence evolution
研究了DNA序列种群演化的四态突变选择模型，特别关注错误阈值现象。所考虑的变异模型是Kimura 3ST变异方案，决定选择过程的适应度函数来自置换不变类。误差阈值可以找到各种适应度函数，相图是更有趣的比等效的两状态模型。（小）有限序列长度的结果相比，那些无限序列长度，通过最大值原理，这是相当于在物理学中的最小自由能的原则。
2004-06-21 q-bio.PE
Fitness Optimization and Evolution of Permanent Replicator Systems
本文利用系统参数进化适应的具体时间远慢于内部演化动力学的时间这一假设，讨论了永久复制子系统的适应度景观演化。换句话说，我们假设基于费雪自然选择基本定理的达尔文进化论的极端原则对稳态是有效的。永久复制子系统的进化适应的各种情况下被认为是。
2019-11-07 nlin.AO q-bio.PE
