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
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
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
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
Optimal allocation in annual plants with density dependent fitness
我们研究了一年生植物在随时间变化的环境中的最优两部门（营养和生殖）分配模型，该模型将密度依赖的寿命变异性和少年死亡率的影响，其期望值最大化的适应度函数。只有算术和几何平均最大化的特殊情况下，以前被认为是在文献中，我们也允许更广泛的生产函数的收益递减。该模型预测，随着个体寿命之间的相关性增加，成熟时间被推到更早的日期，而最佳时间表在极端情况下是砰砰作响的，过渡是由植物生长与繁殖混合的时间表介导的。当生产函数不那么凹时，混合生长持续更长时间，从而允许在产生种子时更好地利用植物大小。解析估计得到的权力意味着算术和几何平均值之间的插值，并对应于部分相关的寿命分布。
2022-06-22 math.OC q-bio.PE
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
Evolution of unconditional dispersal in periodic environments
生物通过分散来调节它们在异质环境中的适应性。先前的工作表明，有选择对“无条件”分散在空间异质性环境。“无条件”是指个人以独立于其位置的速度分散。我们证明了，如果补丁内的适应度在空间上和时间上在两个值之间变化，则存在无条件扩散的选择：任何进化稳定策略（ESS）或进化稳定联盟（ESC）都包括分散表型。此外，在这个ESS或ESC，至少有一个汇补丁（即几何平均值小于1）和没有源补丁（即几何平均值大于1）的适应度。这些结果加上模拟表明，时空异质性，由于非生物强迫的结果，在一个分散的表型或ESC与定居和分散的表型的ESS。相反，由于生物相互作用的时空异质性可以选择更高的扩散率，最终空间同步的种群动力学。
2010-07-29 nlin.AO 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
Fundamental Properties of the Evolution of Mutational Robustness
在模型中发现基因型的神经网络上的进化集中在具有高突变鲁棒性的基因型上，在一定程度上由网络的拓扑结构决定。这里的分析是广义超越神经网络的任意选择和亲子传递。在这个更大的领域中，几何特征决定了突变的鲁棒性：适应度与突变矩阵的正交化特征向量的对齐，这些特征向量由其特征值加权。“纸牌屋”突变被发现排除了突变鲁棒性的进化。遗传负荷增加，增加突变在任意的单和多位点适应度景观。群体适应度的下降率永远不会随着突变率的升高而增加，这表明基因型频率的“错误灾难”永远不会导致群体适应度的急剧下降。这里采用的“包容性继承”方法自然地将这些结果扩展到一个新的分散鲁棒性概念。
2015-08-31 math.SP q-bio.PE
Linear algebra of the permutation invariant Crow-Kimura model of prebiotic evolution
著名的准种模型的一个特殊情况下-的Crow-Kimura模型与置换不变的适应度景观-进行了研究。利用置换不变的适应度景观的情况下的突变矩阵具有特殊的三对角形式的事实，建议的基础的变化，使得在新的坐标可以得到一些分析结果。特别是，使用的突变矩阵的特征向量作为新的基础上，我们表明，准种分布接近二项式，并给出简单的估计的收敛速度。建议的方法的另一个后果是确定准物种的方程组的参数解。使用这个参数的解决方案，我们表明，我们的方法导致精确的渐近结果在某些情况下，这是不包括现有的方法。特别是，我们不仅能够提出的领导特征值（平均人口适应度）的极限行为，但也极限quasispecies特征向量的特殊情况下的精确公式。例如，在经典单峰适应度景观的情况下，该特征向量具有几何分布。在生物学方面，我们提出了一个数学定义，准物种的二项分布，它可以被用作臭名昭著的错误阈值的操作定义的接近的基础上。利用这个定义，我们提出了两个近似公式来估计临界突变率后，准种离域发生。
2014-08-20 q-bio.PE
Genotype to phenotype mapping and the fitness landscape of the E. coli lac promoter
基因型-表型图和相关的适应度景观，包括上位性相互作用是难以衡量的，因为他们的高维结构。在这里，我们构建这样一个地图使用最近收集的语料库的高通量序列数据从75个碱基对长的诱变E。coli lac启动子区，其中每个序列与其表型相关，通过荧光报告物测量诱导的转录活性。我们发现个体突变的加性（非上位性）贡献占可解释表型方差的约三分之二，而成对上位性解释了完整诱变序列约7%的方差和约15%的与蛋白质结合位点相关的子序列。令人惊讶的是，没有证据表明三阶上位性的贡献，我们推断的适应度景观基本上是单峰的，有少量的拮抗上位性。野生型有一个显着的选择压力，我们推断这是多目标优化基因表达在不同的营养源的环境。我们确定转录因子（CRP）和RNA聚合酶结合位点的启动子区域和它们的相互作用，没有困难的优化步骤。特别是，我们观察到以前未探索的遗传调控机制的证据，可能是动力学的性质。我们的结论与警告注意，推断属性的适应度景观可能会受到严重影响的序列数据中的偏见。
2013-01-25 q-bio.GN q-bio.PE
Quantifying the role of population subdivision in evolution on rugged fitness landscapes
自然选择驱使种群走向更高的适应性，但跨越适应性山谷或高原可能会促进涉及上位性的崎岖适应度景观的进展。我们定量地研究了细分无性种群对穿越适应度谷或高原所需时间的影响。我们专注于一个通用的和最小的模型，其中只包括人口细分为全球移民连接到等效的demes，并不需要显着的规模变化的demes，环境异质性或特定的地理结构。我们确定的最佳加速的山谷或高原交叉，可以通过细分获得，如果该过程是由跨最快的deme驱动。我们发现，孤立的群落必须在顺序固定制度细分显着加速交叉。使用马尔可夫链理论，我们得到的条件下，实现最佳加速的解析表达式：山谷或高原穿越的细分人口，然后一样快，其最快的deme。我们通过随机模拟验证我们的分析预测。我们证明，细分可以大大加快跨越健身谷和高原在很大范围内的参数扩展到最佳窗口之外。我们研究了不同程度的细分人口的影响，并调查之间的权衡的幅度的最佳加速和宽度的参数范围内发生。我们的结果也适用于弱有益的中间突变。我们将我们的工作扩展到人口迁移到一个或几个较小的岛屿的情况。我们的研究结果表明，细分与迁移单独可以显着加速健身谷和高原的交叉，并揭示了必要的定量条件发生。
2014-08-14 physics.bio-ph q-bio.PE
Inferring epistasis from genomic data with comparable mutation and outcrossing rate
我们认为，由于突变，选择和重组，其中选择包括单位点的条款（加性健身）和两个位点的条款（成对上位健身）的人口不断发展。我们进一步考虑的问题，推断健身的演化动力学从一个或几个快照的基因型在人口中的分布。在最近的文献中，这已经通过应用准连锁平衡（QLE）制度首次获得木村在高重组的限制。在这里，我们表明，该方法也适用于有趣的制度，突变的影响是可比的或大于重组。这导致修改后的主要上位适应性推断公式的突变率和重组发生在一起。我们还推导出这个公式使用以前开发的高斯封闭，形式上仍然有效时，重组是缺席。通过数值模拟验证了研究结果。
2021-05-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Modelling the evolution of traits in a two-sex population, with an application to grandmothering
我们提出了一个数学简化的演化动力学的遗传性状在一个双性人口。这种特征被认为控制着特定性别的生活史事件的时间，如性成熟的年龄和女性生育能力的结束，每种性别都有一个与该特征相关的不同的健身权衡。我们提供了一个公式的人口的适应度景观，并显示了一个自然的延伸结果的任意数量的遗传性状。我们的方法可以被看作是一个动力系统概括的价格方程，包括两个性别{，年龄结构}和多个性状。我们用这个公式来研究祖母的影响，即后生育的女性补贴他们的女儿的生育能力提供孙子。由于女性生育后寿命的延长，祖母可以推动性别比例向更高的方向转变，从而导致两性健康状况的变化。对男性来说，寿命的延长伴随着生育寿命的大幅延长，导致生育年龄的性别比例较高。我们的适应度景观显示，男性和女性在寿命延长时的适应度都有净增加，因此，我们发现，祖母独自提供了一个更高寿命的进化轨迹。
2019-07-02 math.DS q-bio.PE
Modelling and simulating Lenski's long-term evolution experiment
我们重新审视了Wiser、Ribeck和Lenski的模型（Science \textbf{342}（2013），1364- 1367），该模型描述了由于Lenski长期进化实验中的有益突变，平均适应度如何随着时间的推移而增加。我们进一步发展的模型在概念上和数学上。从概念上讲，我们描述的实验与突变和选择，后者包括递减收益上位性的坎宁模型的帮助下。该分析揭示了每一天内的增长动态，并揭示了运行时的效果，即，随着健身的增加，每天的增长期缩短，它允许澄清上位性的平均健身曲线的贡献。在数学上，我们解释了严格的结果，在一个法律的大数（在有限的人口规模和一定的渐近参数制度），并提出了近似的基础上，对有限人口的模拟和支持。
2019-04-05 math.PR q-bio.PE
Optimizing Epochal Evolutionary Search: Population-Size Dependent Theory
纪元动态，即进化中的种群长期停滞被突然爆发的变化打断，是自然和人工进化过程中的常见行为。我们分析了人口动态的一类健身功能，表现出划时代的行为，使用最近开发的数学框架。在后者的近似导致人口规模独立的理论，使我们能够确定最佳的突变率。在这里，我们扩展这种方法，包括由于有限的人口波动的时代的不稳定，并表明这种动态行为经常发生在有效的搜索的最佳参数设置。由此产生的，更准确的理论预测适应度函数评估的总数，以达到全局最优值，作为突变率，种群大小和指定适应度函数的参数的函数。我们进一步确定了一个广义的错误阈值，平滑边界的二维制度的突变率和人口规模的进化搜索有效地运作。
1998-10-13 adap-org nlin.AO q-bio.PE
Geometric framework for biological evolution
Duluth Institute for Advanced Study（达洛特高级研究机构）；Artificial Neural Computing（人工神经计算）
本文提出一个协变的演化动力学描述，揭示最大熵原理将逆度量张量与协方差矩阵联系，将演化视为在适应度景观上的学习过程，且学习算法由度量张量与噪声协方差的关系决定。
2026-03-16 cs.LG q-bio.PE
Relative importance of social synergy, assortation and networks in the evolution of social cooperation
我们比较不同的社会相关功能的可能性，让进化的出现和维护的合作，在一个广义的变种的迭代囚徒困境游戏。结果表明，合作的平均成本/收益平衡是其建立和维持的主要约束。行为增加包容性的健身，如亲，同质性，亲属选择和标记的个人，是第二个重要的。网络特征是最不重要的，有利于建立和维持合作，尽管是最流行的，在最近的研究主题。结果表明，包容性的健身理论，其扩展，包括自愿和经济方面的考虑是更普遍的，强大的和相关的社会现象比亲属选择理论，其重点是遗传相关性的分析。将经济学与进化论相结合，对于揭示更多社会动力学的本质是必要的。
2013-11-18 nlin.AO physics.soc-ph q-bio.PE
Double-replica theory for evolution of genotype-phenotype interrelationship
本文提出基因型与表型双副本统计物理理论，将自旋玻璃副本方法扩展到表型演化模型，得到噪声与选择压力下的相图，并揭示鲁棒适应相及适应度与基因鲁棒性的权衡。
2022-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
