Deterministic and stochastic regimes of asexual evolution on rugged fitness landscapes
我们研究的适应动力学最初不适应的无性种群的基因型表示的二进制序列的长度$L$。种群在具有大量局部最优解的最大粗糙度适应度景观中演化。我们发现，无论是确定性的或随机的进化轨迹取决于有效的突变距离$d_{\mathrm{eff}}$的人口可以在基因型空间中传播。对于$d_{\mathrm{eff}}=L$，确定性准种理论起作用，而对于$d_{\mathrm{eff}} < 1$，进化是完全随机的。在这两种极限情况下，动态描述了一个本地准种理论低于交叉时间$T_{\times}$，而以上$T_{\times}$，人口被困在一个本地的健身峰值，并设法找到一个更好的峰值通过随机隧道或双突变。在随机制度$d_\mathrm{eff} < 1$，我们确定了两个子制度与克隆干扰和上坡自适应步行，分别。我们认为，我们的研究结果与微生物种群进化实验的解释有关。
2006-11-30 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Failure of the fittest: limits on asexual adaptation to changing environments
Univ. Brest, CNRS UMR 6205, Laboratoire de Mathematiques de Bretagne Atlantique（布雷斯特大学）；BioSP, INRAE（法国国家农业食品与环境研究院）；Department of Ecology & Evolutionary Biology, University of Toronto（多伦多大学）
本研究揭示有限无性种群在快速环境变化下因丢失最优祖先性状而承受额外适应度负荷，显著阻碍其存续，区别于遗传漂变。
2026-09-30 q-bio.PE
Chromosome Length Scaling in Haploid, Asexual Reproduction
我们研究由无性繁殖的单倍体个体形成的群体的遗传行为。每个个体的遗传信息沿着具有L位的位串（或染色体）存储，其中0位表示野生型等位基因，1位对应于有害突变。每一个新生儿都从父母那里继承了这条染色体，并伴随着一些随机突变：平均来说，固定数量的m位被翻转。选择是根据沿着个体染色体计数的1位数N来实现的：N越小，个体必须在新的时间步长中生存的概率越高。这样一个种群随着出生和死亡而进化，在足够多的世代之后，它的遗传分布变得稳定。我们提出的问题涉及增加L的过程。其目的是使平衡群体中的相对遗传负荷N/L分布相同，尽管L较大。对于不同的L值，是否应该保持相同的突变率m/L？答案是肯定的，这在直觉上似乎是合理的。然而，根据我们的模拟结果，这个结论并不是微不足道的：这个问题还涉及到人口规模。
2007-03-08 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Fixation probability of a nonmutator in a large population of asexual mutators
在一个适应的突变体群体中，大多数突变都是有害的，降低突变率的非突变体处于间接选择之下，可以被清除到固定状态。使用多型分支过程，我们计算固定概率的一个罕见的nonmutator在一个大的人口无性突变。我们表明，当不存在有益突变时，固定概率是增变因子突变率的非单调函数：它首先亚线性增加，然后呈指数下降。我们还发现，有益的突变可以提高固定的概率nonmutator。我们的分析是相关的理解最近的实验中，突变率的减少已被观察到。
2017-09-08 q-bio.PE
A comparison of three replication strategies in complex multicellular organisms: Asexual replication, sexual replication with identical gametes, and sexual replication with distinct sperm and egg gametes
本文研究了三种简化复制模型中的突变-选择平衡。第一个模型考虑通过产生无性孢子进行复制的生物种群。第二个模型考虑的是一个产生相同配子的有性复制种群。第三个模型考虑的是一个有性繁殖的种群，它产生不同的精子和卵子配子。所有的模型都假定二倍体生物的基因组由两条染色体组成，如果每一条染色体与某个主序列相等，则认为它们是功能性的，否则就认为它们是缺陷性的。在无性种群中，无性二倍体孢子直接发育成成虫。在有性群体中，单倍体配子进入一个单倍体池，在那里它们可能与其他单倍体融合。由此产生的不成熟的二倍体生物体然后继续发育成成熟的生物体。基于对所有三种模型的分析，我们发现，随着生物体大小的增加，如果成年生物体产生不同的精子和卵子配子，有性复制种群只能胜过无性复制种群。一种基于产生大量精子细胞使少量卵子受精的有性复制策略被发现是必要的，以保持足够低的性成本，从而使该策略被选择而不是纯粹的无性策略。我们讨论了这个模型的有用性，在复杂的，多细胞生物体中的首选复制策略，了解性复制的进化和维护。
2007-07-23 q-bio.PE
Role of epistasis on the fixation probability of a non-mutator in an adapted asexual population
适应良好的群体的突变率倾向于降低，从而具有较低的突变负荷。我们的目标是了解在这个过程中的健身影响突变之间的上位相互作用的作用。利用多型分支过程，在一个大的无性突变体群体中出现一个单一的非突变体的固定概率解析计算这里。增变基因群体经历恒定的有害突变，但比非增变基因的速率高得多。我们发现，拮抗上位性降低了突变率降低的几率，而协同上位性则增强了突变率降低的几率，在上位性的临界值以下，固定概率表现为非单调地随背景群体突变率的变化而变化。此外，在附录中还讨论了上位性参数的临界值随突变子强度的变化。对于协同上位性，当选择是不同的，固定概率降低整体，阻尼振荡。
2016-09-19 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
Clonal Interference, Multiple Mutations, and Adaptation in Large Asexual Populations
两个重要的问题影响了无性繁殖种群积累有益突变的能力，从而影响了它们的适应能力。首先，克隆干扰导致一些有益的突变被发生在相同遗传背景中的更合适的突变所击败。第二，在某些个体中会发生多个突变，因此即使是影响很大的突变也会被竞争对手击败，除非它们发生在包含其他有益突变的良好遗传背景中。在本文中，我们使用Monte Carlo模拟来研究这两个因素如何影响无性种群的适应。我们发现，结果定性地依赖于可能的有益突变的影响的分布的形状。当这种分布下降得比指数下降得慢时，克隆干扰本身就能合理地描述哪些突变主导了适应，尽管它给出了一幅误导人的演化动力学图景。当分布下降速度超过指数级时，基于多个突变的分析更合适。使用我们的模拟，我们能够探索这两种方法的有效性的限制，我们探索的制度，既不是完全适用的复杂的动态。
2008-04-07 q-bio.PE
Lower Bound on the Rate of Adaptation in an Asexual Population
我们考虑一个具有随机突变和选择的无性繁殖个体模型。突变率与总体规模$N$成正比。突变可能是有益的或有害的。在Yu，Etheridge和Cuthbertson（2009）的一篇论文中，证明了该模型中平均适应度增加的平均速率为$O(\log N/(\log\log N)^2)$。在本文中，我们表明，对于任何时间$t > 0$存在值$ε_N \rightarrow 0$和一个固定的$c > 0$，使人口的最大适应度大于$cs\log N/(\log\log N)^2$的所有时间$s \in [ε_N,t]$的概率趋于1，因为$N$趋于无穷大。
2015-08-18 math.PR q-bio.PE
Interference effects of deleterious and beneficial mutations in large asexual populations
已知有益突变和有害突变的连锁会降低大型无性群体中有利突变的固定概率。虽然强有害突变对适应性进化的阻碍作用已经得到了很好的研究，但弱有害突变（无论是孤立的还是与优越的有益突变一起）如何影响有益突变的固定还没有得到充分的探索。在这里，使用一个多类型的分支过程中，我们得到一个准确的分析表达式的固定概率时，有害的影响是弱的，并利用这一结果与克隆干扰理论，调查的联合效应的链接有益和有害的突变的适应率。我们发现，当突变率的增加超过有益的适合度效应，固定概率的有益的突变体减少从Haldalum的经典结果向零。其结果是，在可能取决于群体大小的临界突变率以上，适应率随突变率呈指数下降，并且与群体大小无关。此外，我们发现，对于一系列的突变率，有益的和有害的突变干扰和阻碍适应过程中的大群体。我们还研究了适应无性群体的突变率的演变，并得出结论，连锁的有益突变比有害突变对增变因子固定有更强的影响。
2018-10-18 q-bio.PE
The Speed of Adaptation in Large Asexual Populations
在大型无性繁殖群体中，有益的突变必须相互竞争以获得固定。在这里，我推导出明确的解析表达式的替代率和固定突变的平均有益效果，假设人口规模N是大的，新的有益突变的平均效果小于新的有害突变的平均效果，新的有益突变呈指数分布。随着N的增加，取代率接近一个常数，等于新的有益突变的平均效应。固定突变的平均效应随着N的增加而呈几何级数增长。以对数适应度随时间的变化来衡量的适应速度，对于中等大的N，也随N呈对数增长，对于极大的N，则呈双对数增长。此外，我推导出一个简单的公式，确定是否在给定的N有益的突变预计将相互竞争或去固定独立。最后，我用数值模拟验证了所有的结果。
2004-04-29 q-bio.PE
Evolution of genome size in asexual populations
基因组的大小已经进化到变化很大，从类病毒的250个碱基到变形虫的6700亿个碱基。基因组大小的这种显著变化是各种进化因素之间复杂相互作用的结果，如点突变率、群体大小、插入和缺失以及可能对某些分类谱系特异的基因组编辑机制。虽然比较基因组学分析已经揭示了这些不同进化因素之间的一些关系，但我们仍然不知道是什么驱动了基因组大小的进化。具体来说，目前还不清楚原始突变过程中的碱基替换，插入和删除影响无性生物体的基因组大小的演变。在这里，我们使用数字进化通过实时跟踪基因组编辑及其适应性效应来研究基因组大小进化。与经验数据一致，我们发现，在无性群体中，突变率与基因组大小呈负相关。我们发现，在低的点突变率，插入是显着更有益的比删除，驱动基因组扩增和收购的表型复杂性。相反，在高突变率下经历的高突变负荷抑制基因组生长，迫使基因组压缩遗传信息。我们的分析表明，突变率和基因组大小之间的反比关系是进化表型创新和限制突变负荷之间权衡的结果。
2015-11-17 q-bio.PE
The traveling wave approach to asexual evolution: Muller's ratchet and speed of adaptation
我们使用行波理论推导出表达式的累积率的有害突变下穆勒的棘轮和适应的速度下，在无性群体的积极选择。行波理论是一个半确定性的描述一个不断发展的人口，其中大部分人口建模使用确定性方程，但类的最高适应度基因型，其随时间的演变决定的损失或增益的适应度在人口中，给予适当的随机处理。我们推导出改进的方法来模拟最高的健身类（随机边缘）的穆勒棘轮和适应性进化，并计算分析校正项，补偿不准确时出现的离散健身类作为一个连续体。我们表明，行波理论的突变累积率的情况下，穆勒的棘轮作出了很好的预测，并在一个非常广泛的参数范围内的适应速度作出了很好的预测。我们预测适应率随种群规模的增长而增长，直到种群规模非常大。
2007-10-10 q-bio.PE
A Markov chain model of evolution in asexually reproducing populations: insight and analytical tractability in the evolutionary process
进化过程已经在许多方面使用随机和确定性模型建模。我们开发了一个代数模型的进化在一个人口的无性繁殖的生物体，在其中我们表示一个随机行走在表型空间，约束到边缘的一个基本的图形代表的基因型，与时间齐次马尔可夫链。我们证明了它等价于一个更标准的，明确的随机模型，并显示代数模型的优越性，在计算效率。由于效率的提高，我们提供了在更现实的基因型空间中模拟更大种群进化的能力。此外，我们展示了如何马尔可夫链模型的代数性质可以洞察到的进化过程，并允许使用熟悉的线性代数方法进行分析。
2013-01-17 math.PR q-bio.PE
Adaptation through stochastic switching into transient mutators in finite asexual populations
突变克隆在无性种群的适应性进化中的重要性还没有被完全理解。在这里，我们解决这个问题，通过使用从头算活细胞的微观模型，其健身是直接从他们的基因组使用一个生物制药现实的模型，蛋白质折叠和细胞质中的相互作用。模式生物包含复制控制基因（DCG）和模拟错配修复（MMR）复合物的基因。我们发现，适应发生通过一个突变表型的短暂固定，无论特定的扰动在适应度景观。适应的微观途径遵循一组明确定义的事件：首先随机切换到增变基因表型，然后MMR复合体中的突变与DCG中的有益突变搭便车，最后MMR复合体中的补偿突变使群体返回到非增变基因表型。这些结果与报道的适应事件的相似性指出了进化适应的强有力的普遍物理原则。
2009-02-13 q-bio.BM q-bio.PE
Speed of evolution in large asexual populations with diminishing returns
大型无性群体的适应性进化一般以携带不同有益突变的克隆之间的竞争为特征。这种干扰现象减缓了适应速度，使理论描述的动态更复杂的演替发生和固定的有益突变的典型的小种群。一个简化的建模框架，考虑到多个有益的突变，具有相等和恒定的适应度优势，捕捉到一些实际复杂的动态的基本特征，并从这个模型的一些关键预测在实验室进化实验中得到验证。然而，在这些实验中，有益突变的相对优势通常取决于遗传背景。特别是，一般的模式是，随着不同基因座中突变的积累，新突变的相对优势降低，这种趋势通常被称为“回报递减”上位性。在本文中，我们提出了一个现象学模型，概括了固定优势的框架，包括在一个简单的方式这一功能。为了评估收益递减对演化动力学的定量影响，我们采用了分析和直接模拟的方法。最后，我们展示了如何将模型参数与进化实验的数据相匹配，以推断上位性的平均效应，并推导出有益突变率的数量级估计。将该程序应用于两个实验数据集，给出了在先前测量范围内的有益突变率的值。
2012-12-19 cond-mat.stat-mech q-bio.PE q-bio.QM
Quantum mechanical formalism for biological evolution
我们研究一般健身景观的性和无性种群的进化。我们发现生物进化的数学和量子力学的形式主义之间有着深刻的联系。我们给出了种群演化的一般结构，种群演化一般是一个非平衡过程，可以用种群上的路径积分表示。这些无性系是无性种群线性谱系的总和。相反，对于有性种群，每个谱系是一棵分支比为2的树，描述进化种群的路径积分由这些树的总和给出。最后，我们证明了玻色-爱因斯坦分布和费米-狄拉克分布描述了简单情况下生物种群的定态。
2010-11-05 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Asexual Evolution Waves: Fluctuations and Universality
在大型无性繁殖群体中，群体中出现了多个有益的突变，它们相互竞争，相互干扰，并在同一个基因组上积累，然后才能固定下来。尽管许多作者研究了由此产生的动态，但仍然没有完全理解，从根本上说，这是因为即使在巨大的种群中，由于最适合的个体数量很少而产生的波动的影响也很大。在本文中，分支过程和各种渐近方法分析的随机动力学的进一步发展，并用于获得信息的波动，时间依赖性，和分布的大小的子种群，跳跃的平均适应度，和其他属性。重点是广泛的一类模型的行为：那些具有可用的有益突变的选择性优势的分布，其下降速度比指数更快。对于这样的分布，动力学的许多方面是普遍的-数量上对于非常大的种群也是如此。在最重要的时间尺度上，控制聚结性能和波动的速度，动力学减少到一个简单的随机模型，耦合的峰值和高健身“鼻子”的健身分布。扩展到其他模型和分布的可用突变进行了简要讨论。
2012-10-23 q-bio.PE
Who runs fastest in an adaptive landscape: Sexual versus asexual reproduction
我们比较的速度与性，分别无性，人口能够作出反应的偏见选择压力。我们的模型侧重于魏斯曼假设，即在有性繁殖过程中，由交换和重组引起的额外变异可以使有性种群更快地适应。然而，我们发现，大多数模型参数的有性生殖过程中产生的后代之间的额外的变化是无法克服的效果，即具有较高的个人健身的父母一般必须与个人较低的个人健身导致适度的生殖健身对交配。
2003-09-12 cond-mat q-bio.PE
The competition between simple and complex evolutionary trajectories in asexual populations
在崎岖的适应度景观中，符号上位性是常见的，适应通常涉及个体有益的“上坡”突变或涉及适应谷或高原的更复杂的突变轨迹。进化过程的动力学决定了进化在各种相互竞争的可能轨迹中采取任何特定路径的概率。如果我们要理解崎岖地貌上适应的结果和可预测性，理解这种进化选择是必不可少的。我们提出了一个简单的模型来分析进化将避开立即上坡的路径，有利于跨越健身谷或高原，导致更高的健身，但不太容易获得的基因型的概率。我们计算这种概率如何取决于人口规模，突变率，和相关的选择压力，并比较我们的分析结果赖特-费舍尔模拟。我们发现，跨越山谷的概率依赖于非单调的人口规模：中等规模的人口最有可能遵循“贪婪”的策略，立即获得有益的突变，即使他们导致进化的死胡同，而较大和较小的人口更有可能跨越健身谷，以达到遥远的有利基因型。我们明确地确定这些不同的制度之间的界限，在相关的进化参数。超过一定的阈值人口规模，我们表明，进化的“远见”的程度只取决于一个简单的相关参数的组合。
2014-12-12 q-bio.PE
The fixation probability of rare mutators in finite asexual populations
突变子是通过破坏DNA复制或修复的某些方面来增加整个基因组的突变率的等位基因。已观察到使突变率增加100倍数量级的突变体自发出现，并在自然群体中和使用\textit{E. coli}的长期实验室进化实验中达到高频率。原则上，增变基因等位基因的固定受到以下因素的限制：（i）与野生型背景中突变的竞争，（ii）额外的有害突变负荷，以及（iii）随机遗传漂变。使用多位点模型，并采用模拟和分析方法，我们调查了这三个因素的固定概率$P_{fix}$的一个最初罕见的突变作为人口规模的函数$N$，有益和有害的突变率，和强度的突变$s$。我们的扩散为基础的近似$P_{fix}$成功地捕捉效果（ii）和（iii）时，选择是快速相比，突变（$μ/s \ll 1$）。这使我们能够预测在何种条件下，突变基因将在进化上受到青睐。令人惊讶的是，我们的模拟表明，效应（i）对于强效应突变子通常很小。我们的研究结果同意半定量与现有的实验室进化实验，并建议未来的实验方向。
2008-12-31 q-bio.PE
The ecology of asexual pairwise interactions: A generalized law of mass action
提出了一个一般的程序，制定无性（非结构化的，确定性）的人口动力学模型，导致个人成对的相互作用。个体的特征在于一种持续的策略，它代表了他们所有的行为、形态和功能特征。种群以相同的策略将同种个体聚集在一起，并以空间密度来衡量。物种可以是单态的，如果只有一种策略存在，或多态的，否则。该程序突出了人口人均增长率所满足的结构特性。特别地，扰动一组类似策略的效果与相应密度的乘积成比例，其中比例系数仅通过总密度依赖于密度。这概括了质量作用定律，传统上指的是人均增长率线性依赖于密度并且对联合策略扰动不敏感的情况。在个体策略的支持下，所提出的程序对于进化考虑是最有用的，在策略是可遗传的情况下。发达的身体的理论举例说明霍林II型多猎物一捕食者系统和一个模型的同类相食社区。
2014-11-01 math.DS nlin.AO q-bio.PE
Fixation probability of rare nonmutator and evolution of mutation rates
虽然突变驱动进化过程，但突变发生的速率本身也受进化力的影响。我们的目的是了解选择和随机遗传漂变在突变率进化中的作用，我们在突变选择平衡的无性群体中解决这个问题，忽略选择性扫描。使用一个多类型的分支过程，我们计算的固定概率的一个罕见的nonmutator在一个大的无性群体的mutator，并发现一个nonmutator是更有可能固定时，有害的突变率的mutator人口是高的。当选择系数较大时，增变基因群体中的补偿性突变会降低非增变基因的固定概率。但是，令人惊讶的是，当选择是温和的时，固定概率随着补偿突变率的增加而非单调地变化。利用这些结果的固定概率和漂移障碍的论点，我们发现一个新的突变率和人口规模之间的关系。我们还讨论了时间来固定nonmutator在适应人口的无性突变，并比较我们的结果与实验。
2015-12-11 q-bio.PE
The rate of adaptation in large sexual populations with linear chromosomes
在大的人群中，多种有益的突变可能同时传播。在无性繁殖的种群中，这些突变要么产生于相同的背景，要么相互竞争。在有性群体中，重组可以将来自不同背景的有益等位基因聚集在一起，但紧密连锁的等位基因仍然可能相互干扰。我们表明，对于混合良好的种群，当这种干扰很强时，基因组可以被视为由许多有效的无性延伸连接在一起。因此，有益等位基因固定的速度大致与重组的速度成正比，并且只在数学上取决于突变供应和选择的强度。我们的缩放参数也允许预测，合理的准确性，当新的突变具有广泛分布的影响时，固定突变的影响的分布。我们专注于政权中发生的交叉比有益的突变，很可能是许多自然种群的情况。
2013-12-18 q-bio.PE
The asexual genome of Drosophila
重组的速率影响分子进化的方式。在高重组序列中，选择的目标是单个的遗传基因座;在低重组序列中，选择共同作用于大的、遗传连锁的基因组片段。连锁选择可以诱导克隆干扰，这是一种通过种群内遗传分支竞争的特定进化模式。这种模式在无性进化的微生物中是众所周知的，但尚未在专性有性生物中系统地追踪。在这里，我们表明，果蝇基因组分为两种模式的进化：一个本地干扰制度与有限的遗传连锁效应，和克隆竞争的干扰冷凝物。我们映射这些模式的突变频率谱的差异，我们表明，它们之间的过渡发生在一个阈值重组率，这是可预测的基因组汇总统计。我们发现低重组序列的片段中的干扰冷凝物主要位于着丝粒两侧的染色体区域，覆盖了果蝇基因组的约20%。凝聚区具有影响基因功能的无性进化特征：选择的效率和进化的速度较低，遗传负荷高于局部干扰区。我们的研究结果表明，多细胞真核生物可以在一个基因组内具有异质的进化模式和时间。我们认为，这种变化产生选择基因组结构。
2017-11-29 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
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
An Intrinsic Advantage of Sexual Reproduction
真核生物中普遍存在的有性生殖（“性”）是进化生物学的一个谜。性别增加遗传变异只是告诉它的长期优越性的本质。有害突变的积累对生物体造成了直接和普遍的压力。与常识相反，我们的理论模型表明，繁殖率可以主动影响有害突变的积累。繁殖率与突变综合危害的交互作用导致临界繁殖率R*。当一个种群的繁殖率降低到R* 以下时，该种群将不可逆转地灭绝。有性群体的R* 小于1，无性群体的R* 大于1。达到承载力的种群的平均繁殖率必须降低到1。这解释了广泛的性别以及兼性和无性生物的持久性。计算机模拟支持我们的结论显着。
2013-07-31 q-bio.PE
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
Testing a hypothesis for the evolution of sex
一组无性的原始细菌模拟与位串Penna模型与费米函数的生存。简、斯托弗和莫斯利最近提出的一个假说，认为无性细胞的性进化是试图逃避有害突变影响的一种策略，这一假说得到了验证。这种策略被发现提供了一个成功的方案，一个稳定的宏观性种群的进化。
2000-07-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
A microscopic interpretation for adaptive dynamics trait substitution sequence models
研究了具有非常数总体规模的无性种群中的相互作用粒子马尔可夫达尔文进化过程，该种群具有线性出生率、密度依赖的Logistic死亡率和每次出生事件的突变概率$μ$.我们引入了一个重整化参数$K$缩放人口的大小，这导致，当$K\to+\infty$，一个确定性的动态密度的个人持有一个给定的性状。以非标准的方式结合人口众多的限制，（$K\to+\infty$）和小突变（$μ\to 0$），我们证明了出生和死亡事件与突变事件之间存在时间尺度分离，并且相互作用粒子微观过程对于有限维分布收敛于称为"适应动力学的单态性状替代序列模型，将无性种群的达尔文进化描述为性状空间中的马尔可夫跳跃过程。
2005-12-02 math.PR q-bio.PE
Exact phase diagram of quasispecies model with mutation rate modifier
我们考虑一个无限的无性群体，该群体具有一个可以提高突变率的突变等位基因。在概率为$f$的情况下，发生从非突变体到突变体状态的转变，但禁止反向转变。我们发现在$f=0$时，群体处于突变率最小的状态，而在$f=f_c$时，发生了一个由非突变体和突变体的混合相到纯突变体相的相变。我们精确地计算了混合相中突变子的临界概率$f_c$和总突变子分数$Q$。我们对$Q$的预测与静态环境中微生物种群的预测一致。
2009-01-23 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Predicting evolution from the shape of genealogical trees
如果有一个无性种群的基因组序列样本，我们能预测它的进化未来吗？在这里，我们证明了重建的系谱树的分支模式包含有关采样序列的相对适应度的信息，并且该信息可以用于预测成功的菌株。我们的方法是基于这样的假设，即进化过程中积累的小效应突变，不需要物种特异性的输入，并可以应用于任何无性种群下持续的选择压力。我们使用季节性流感A/H3 N2病毒的历史数据证明了它的性能。我们预测了即将到来的流感季节的祖先谱系，在30%的病例中表现接近最佳，并在19年中的16年中做出了有价值的预测。除了提供预测工具之外，我们做出信息性预测的能力意味着在流行的A/H3 N2流感病毒之间存在持续的适应性变化。
2014-09-30 q-bio.PE
Multiple adaptive substitutions during evolution in novel environments
我们考虑一个无性种群在强选择-弱突变条件下在崎岖的适应度景观上演化，该景观具有许多局部适应度峰值。与以前的研究中，人口的初始适应度被假定为高，在这里，我们开始适应过程与低适应度对应的人口在一个紧张的新环境。对于通用的健身分布，使用的分析参数，我们发现，到局部最优的平均步骤数随基因型序列长度而变化，并随着基因型之间的相关性增加而增加。当适应度服从指数分布或均匀分布时，利用种群适应度分布的演化方程，我们解析地计算了固定有益突变的适应度分布和步行长度分布。
2011-09-02 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Adaptation to a changing environment: what me Normal?
预测种群对不断变化的环境的适应能力对于评估人类活动对生物多样性的影响至关重要。许多理论研究通过模拟数量性状的进化来解决这个问题，这些数量性状受到围绕最佳表型的稳定选择的影响，其值随着时间的推移不断变化。在这种情况下，种群的命运是由性状的平衡分布相对于最优移动的结果。这种分布可能会随着选择的形状、繁殖系统、基因座的数量、突变核或它们的相互作用而变化。在这里，我们开发了一种方法，直接从表型分布的整个轮廓提供群体适应不良和生存潜力的定量测量，而不需要任何先验的形状。（无性和无穷小的性遗传模型），一般形式的选择。特别是，我们恢复了适应度函数，使得选择减弱远离最优导致进化临界点，当环境变化的速度太快时，种群突然崩溃。我们的统一框架还允许突出导致这一现象的潜在机制。更一般地说，它允许讨论两个繁殖模型之间的相似性和差异，后者最终被解释为不同的限制进化的表型方差。我们证明了种群中的平均适应度在很大程度上取决于选择函数的形状，在性无穷小模型中，与无性模型相比，在无性模型中，我们还研究了突变核的影响，我们表明，具有较高峰度的核往往会减少适应不良，提高适应度，特别是在快速变化的环境中。
2022-06-27 math.AP q-bio.PE
An In Silico Model to Simulate the Evolution of Biological Aging
生物老化的特点是死亡概率随年龄而增加，生殖能力下降。个体的存活率和繁殖率与年龄有关，对种群动力学有很大的影响，决定存活率和繁殖率的遗传因素在生物体的整个生命周期中处于不同的选择力之下。在这里，我们开发了一个高度通用的基因组进化的数值模型-无性和有性-为一个人口的虚拟个体与重叠的世代，在不同的生命阶段，影响生存和繁殖率的遗传因素是自由的演变，由于突变和选择。我们的模型概括了自然种群的几个新特性，在稳定的条件下发展更长的生殖寿命，在不稳定的环境中生存和繁殖更短。更快的衰老是由于在更不稳定的群体中纯化选择的强度降低，这些群体具有积累有害突变的大部分基因组。与在恒定资源下的有性生殖种群不同，无性生殖种群的死亡率不会随年龄增长而增加，繁殖率也不会下降，因此不会衰老。我们的模型提供了一个强大的计算机模拟框架，以模拟人口和基因组如何在生物衰老的背景下变化，并打开了一个新的分析机会，以表征真实的人口如何演变其特定的衰老动力学。
2016-02-01 q-bio.PE
Survival of the simplest: the cost of complexity in microbial evolution
微生物和病毒生物的进化经常会产生克隆干扰，这是一种种群内遗传进化枝之间的竞争模式。在本文中，我们表明，干扰强烈约束进化系统的遗传和表型的复杂性。我们的分析使用生物药理学基础的生物体的定量分子表型，如折叠稳定性和酶活性的基因的进化模型。我们发现了一种被称为表型干扰的无性进化的通用模式，它对系统生物学具有强烈的影响：它将个体基因的稳定性和功能与种群的整体进化速度相结合。这种模式发生在适合微生物种群的广泛的进化参数范围内。它产生了针对基因组复杂性的选择，因为突变的适应性成本随着基因数量的增加而增加，而不是线性增加。交配可以产生一种独特的性进化模式，消除超线性成本。我们表明，积极的选择可以驱动从无性到兼性进化的过渡，为性的进化提供了一个特定的，生物进化的基础方案。在更广泛的背景下，我们的分析表明，微生物有机体的系统生物学与它们的进化模式密切相关。
2018-03-22 q-bio.PE
Fluctuation theorems and exact multi-allele fixation probabilities
Rutgers, The State University of New Jersey（新泽西州立罗格斯大学）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本研究利用涨落定理重新推导木村固定概率公式，并提出多等位基因固定概率的递归解析解，用于精确描述克隆干扰下有益突变的命运，显著优于平均场近似。
2026-10-06 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A dynamical phase transition in a model for evolution with migration
不同生境之间的迁移在生物种群中是普遍存在的。在这封信中，我们研究了一个简单的准种模型的进化在两个不同的栖息地，不同的适应度景观，通过单向迁移耦合。我们的模型适用于无性的，快速进化的生物体，如微生物。我们的关键发现是在迁移率的临界值的动态相变。达到稳定状态的时间在这个临界迁移速率下发散。在过渡区以上，人口主要是来自主要栖息地的移民。下面的过渡，人口的遗传组成是非常不平凡的，与多个共存的准种，这不是本地的栖息地。使用本地化理论的结果，我们表明，临界迁移率可能是非常小的-表明进化的结果可以是非常敏感的，即使是少量的迁移。
2010-08-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Small world effects in evolution
对于无性生物，点突变对应于基因型空间中的局部位移，而其他基因型重排则代表长程跳跃。研究了初始同质种群在平坦适应度景观中的扩散性质和光滑适应度景观中的平衡性质。我们发现，一个小世界效应是存在的：即使是一小部分的淬火长程跳跃的结果无法区分，通过假设所有的突变等概率。此外，我们发现，平衡分布是玻尔兹曼分布，其中的适应度起着能量的作用，突变的温度。
2001-02-09 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Emergent population dynamics of random walkers with cooperative reproduction and spatial selection
Racah Institute of Physics, Hebrew University of Jerusalem（希伯来大学拉卡物理研究所）
研究随机游走群体在高阶无性繁殖下的动力学行为，发现繁殖阶数增加导致入侵前沿消失及扩散无关速度，揭示自然中二分裂繁殖的主导地位受入侵动态基本约束。
2026-07-27 cond-mat.stat-mech math.PR nlin.PS
The emergence of a birth-dependent mutation rate: causes and consequences
在单细胞生物如细菌和大多数病毒中，突变主要发生在繁殖过程中。因此，具有高出生率的基因型应该具有更高的突变率。然而，无性适应的标准模型，如“复制-增变方程”往往忽略了这种影响。在这项研究中，我们研究了无性适应模型中出生率和突变率之间正相关性的出现以及这种依赖性的后果。我们表明，它自然出现在人口规模，基于一个大的人口限制的随机时间连续的个人为基础的模型与基本假设。我们推导出一个反应扩散框架，描述了这种依赖的存在下的演化轨迹和稳态。当这个模型与具有两个最优值（一个用于出生，另一个用于生存）的表型适应度景观相结合时，种群中出现了新的权衡。与具有恒定突变率的标准方法相比，出生和存活之间的对称性被打破。我们的分析结果和数值模拟表明，平均表型，平均适应度和平稳表型分布的轨迹与标准模型显示的形成鲜明对比。在这里，我们得到的轨迹适应的平均表型的人口最初吸引的出生最佳，但最终收敛到最佳的生存，钩形曲线，说明了突变适应的拮抗作用。
2021-11-09 math.AP q-bio.PE
The pace of evolution across fitness valleys
一个种群从一个适合度峰值进化到另一个适合度峰值的速度有多快？我们研究的动态演变，无性繁殖的人口中，一定数量的突变共同赋予健身优势。我们考虑的时间，直到人口已经从一个健身高峰发展到另一个更高的健身。突变的顺序可以是固定的或随机的。如果突变的顺序是固定的，那么种群会沿着一条比喻性的山脊，一条单一的路径进化;如果突变的顺序是任意的，那么有很多方法可以进化到更高的适应度状态。我们解决固定在这种情况下所需的时间，并研究它是如何受到突变的顺序，人口规模，健身值和突变率。
2010-03-30 q-bio.PE
Rate of Adaptation in Large Sexual Populations
适应通常涉及获得大量的基因组变化，这些变化在单个个体中以突变的形式出现。在无性繁殖的种群中，突变的组合只有在出现在同一谱系中时才能固定，但对于遗传信息交换的种群，有益的突变可以出现在不同的个体中，并在以后结合。在大群体中，当群体大小N与总有益突变率U_b的乘积较大时，许多新的有益等位基因可以同时在群体中分离。我们计算的适应率，v，在几个模型中，这样的性种群，并表明，v是线性的NU_b只有在足够小的人口。在大的群体中，v随着log NU_b的增加而缓慢得多。然而，这个对数的前因子随着重组率的平方而增加。这种通过重组加速适应的现象意味着性别在进化上具有很强的优势。
2011-08-17 physics.bio-ph 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
Strategies for the evolution of sex
我们发现Jan，Stauffer和Moseley [Theory in Biosc.，119，166（2000）]对于性的进化，即设计出逃避由于太多有害突变而导致的灭绝的策略，对于在有限种群内成功进化有性个体的稳态种群是足够的，但不是必需的。只要允许每一代中有一个有限的转化为有性生殖的概率，就可以产生一个稳定的有性生殖群体，因为每个个体的有害突变数量有一个上限。对于这个概率的大值，我们发现一个相变到一个间歇性的，多稳定的制度。另一方面，在极慢驱动的限制下，另一个过渡发生到不同的稳态分布，在无性群体中具有较少的有害突变。
2001-01-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Adaptive evolution on neutral networks
我们研究了大型但有限的无性种群的进化，在健身景观中，所有的突变是中性或强烈有害的。我们表明，尽管没有更高的健身基因型，适应发生的中性基因型分布更有利的地区被发现。由于这些发现通常是罕见的事件，人口动态可以细分为单独的时代，它们之间的快速过渡。在一个时期内，种群的平均适应度近似恒定。然而，时期之间的过渡通常伴随着平均适应度的显著增加。我们验证了我们的理论考虑与两个易于分析的位串模型。
2001-01-03 cond-mat.stat-mech cs.NE nlin.AO
A simple mathematical model of gradual Darwinian evolution: Emergence of a Gaussian trait distribution in adaptation along a fitness gradient
本文考虑了一个简单的数学模型，在连续时间和连续性状空间中，由于无性繁殖种群在恒定的环境中对共同资源的竞争，而远离进化稳定平衡点，进化是渐进的达尔文进化。该模型有精确的解析解。特别是，高斯分布的性状出现从通用的初始条件。
2013-03-12 q-bio.PE
Genealogies in simple models of evolution
我们回顾了一些进化模型的谱系的统计特性。在无性的情况下，选择导致的聚结时间的增长与人口的规模与中性情况下的线性增长。此外，对于整个类的模型，统计的谱系是那些Bolthausen-Sznitman合并，而不是在中性情况下的Kingman合并。对于有性生殖，到达整个种群的第一个共同祖先的时间和所有个体的所有共同祖先的时间在中性情况下也是对数的，正如Chang []所预测的那样。我们将讨论这些时间是如何以引入选择的简单方式进行修改的。
2012-02-27 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
A non-standard evolution problem arising in population genetics
本文研究了自然选择和随机进化下无性单位点种群概率密度的演化。这种演变是由一个福克-普朗克方程与退化系数的边界上，补充了一对守恒定律。它很容易表明，没有经典或标准的弱解定义产生的问题的可解性。我们给出了问题的弱解的一个适当的定义，并证明了其存在唯一性。该解决方案显示了一个非常独特的结构，并在很大的时间，我们显示收敛到一个独特的固定的解决方案，原来是一个奇异的措施支持在端点。也证明了该稳定状态的指数收敛速率。
2009-03-29 math.AP q-bio.PE
Exact solutions for the selection-mutation equilibrium in the Crow-Kimura evolutionary model
我们重新制定的选择-突变平衡分布的情况下，一个单倍体无性繁殖的人口在一个方程的形式，这个分布的未知概率生成函数的特征值问题。这个方程在无穷序列极限中的特殊形式使我们能够解析地获得适应度景观的一些特定情况下的稳态分布。一般的方法说明了例子，理论研究结果与数值计算进行了比较。
2015-01-20 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
