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
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
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
A microscopic model of evolution of recombination
我们研究重组的进化使用的数量性状理论的框架内开发的微观模型。健身的两个组成部分被认为是：一个静态的，描述适应环境因素不相关的人口本身，和一个动态的，占生物体之间的相互作用，例如竞争。我们专注于一个空的利基殖民化的动态。由于竞争是种群的函数，因此选择压力随时间迅速变化。模拟表明，在平坦和陡峭的静态适应度景观的情况下，重组在表型空间中提供了高的运动速度，从而允许重组体比通常被驱使灭绝的非重组体更早地定殖最高适应度区域。本文还讨论了竞争和不确定性的稳定作用。最后，相图分析表明，竞争是重组进化的关键因素，而重复性只在小种群中起重要作用。
2004-08-25 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
Eco-evolutionary "fitness" in 3 dimensions: absolute growth, absolute efficiency, and relative competitiveness
竞争可以在绝对规模上发生，以更快或更有效，也可以在相对规模上发生，以在零和游戏中“击败”竞争对手。生态模型关注的是绝对竞争，其中存在最优解。经典的进化模型，如赖特-费舍尔模型，以及最近的行波模型，都专注于纯粹的相对竞争，在这种竞争中，适应性继续无限地增加，而实际上没有任何进展。这份手稿提出了一种新的方式来描述这两个在同一时间。它从r/K选择理论的修订版开始。r继续描述最大繁殖速度，但新版本的K，有一个不同的下标，现在描述的是在领土使用上的吝啬，一个群体选择的，反公地悲剧的特征。第三个维度c的健身，然后添加到这个新的系统，这是unitless和规范化，因此能够捕获的群体遗传学的概念w的严格相对的，遗传有限的竞争种族。麦克阿瑟的r/K选择理论的原始版本被证明混淆了吝啬K与竞争能力c，尽管事实上，现有的数据表明，两者之间的负相关;在这里，他们被解开。由此产生的三维系统的旋转提供了一个人口的遗传基础，为格里姆的通用适应策略理论的杂草（选择高r），胁迫耐受（选择高r和高K的组合），和竞争对手（选择高r和高C的组合）。
2015-10-01 q-bio.PE
Pleiotropic consequences of adaptation across gradations of environmental stress in budding yeast
对一种环境的适应往往会导致在其他条件下的适应性增加或减少。为了表征这些适应的后果如何依赖于环境之间的物理相似性，我们进化了180个酿酒酵母种群，它们在不同程度的盐，温度，pH值或葡萄糖消耗引起的应力下。我们测量适应每种环境的克隆的适应性如何取决于相应类型的压力的强度。我们发现，在特定类型和强度的压力下进化的克隆体往往会在其他类似强度的压力下获得适应性，并在物理上更不相似的环境中逐渐失去更多的适应性。这些健身权衡是不对称的：适应宽松的条件下产生的压力条件下的权衡较小，反之亦然。我们还发现，克隆体的适应度在类似的压力强度下高度相关，但这些相关性在更不相似的环境中衰减到零。为了解释这些结果，我们引入了多个环境中新突变的适应度效应的联合分布（JDFE）的概念，它描述了给定突变在某些条件下具有特定适应度效应的概率。我们发现，我们的观察结果是一致的JDFE是高度相关的物理相似的环境之间，并成为相关性和不对称的环境变得更加不同。JDFE提供了一个框架，用于量化条件之间的进化相似性，并形成了一个有用的基础，旨在预测波动环境中的进化结果的理论工作。
2014-09-27 q-bio.PE
Fixation in the stochastic Lotka-Volterra model with small fitness trade-offs
研究了一类随机两种群竞争模型中的固定概率。通过确定一个自然发生的快速时标，我们推导出一个近似的相关向后Kolmogorov方程，使我们能够获得一个明确的封闭形式的解决方案的固定的概率的任何一个物种。我们用我们的结果来研究健身权衡策略，并表明，尽管一些权衡有几乎可以忽略不计的影响，相应的确定性动力学，他们可以有很大的影响随机系统的结果。
2020-09-02 q-bio.PE
Learning strategies for optimised fitness in a model of cyclic dominance
本文在循环优势模型中引入强化学习，研究聪明物种如何基于最弱者生存效应采取避敌策略以优化种群，并分析了系统稳态与对称情形的差异。
2025-04-08 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Cooperation, competition and the emergence of criticality in communities of adaptive systems
近年来，生命系统可以从临界点附近的操作中受益的假设已经获得了动力。临界性可以在极度有序和过于嘈杂的状态之间实现最佳平衡。我们在这里提出了一个模型，基于信息理论和统计力学，说明如何以及为什么一个社区的代理人旨在相互理解和沟通收敛到一个全球一致的状态，其中所有的个人都接近内部的临界状态，即在秩序和混乱之间的边界。我们研究-分析和计算-的情况下，临界是最好的可能的结果的动态过程，确认收敛到临界点在非常一般的条件下。最后，我们分析了合作的效果（代理商试图提高不仅自己的健身，但也有其他个人）和竞争（代理商试图提高自己的健身和减少竞争对手）在我们的设置。结论是，虽然竞争促进了临界性，但合作阻碍了临界性，并可能导致更有序或更无序的共识解决方案。
2016-03-22 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Food-chain competition influences gene's size
我们分析了Bak-Sneppen捕食者-猎物食物链〈动〉自组织对进化物种核苷酸含量的影响。在我们的模型中，所考虑的物种的基因组已表示其核苷酸基因组分数，我们已经应用了两个参数的木村模型的取代，包括分数的变化在时间上。在随机数发生器的帮助下确定初始核苷酸分数和替换率。在Bak-Sneppen模型中，基因组核苷酸分数偏离其平衡值起着适应度参数$B$的作用。我们的发现是，阈值适合度越高，在进化过程中，核苷酸含量分化程度越强的物种数量波动越频繁;在食物链〈动〉竞争中存活下来的最古老的物种可能具有特定的核苷酸分数，从而可能产生长基因
2006-01-23 q-bio.PE
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
Chirality provides a direct fitness advantage and facilitates intermixing in cellular aggregates
形状和运动性的手性可以在微生物和癌细胞中迅速进化。为了确定手性如何影响细胞适应性，我们开发了一个紧凑的聚集体，如微生物菌落和实体肿瘤中的手性生长模型。我们的模型概括了以前的实验结果，并表明突变细胞可以通过增加它们的手性或切换它们的手性来入侵。入侵的结果要么接管或稳定共存的突变体和祖先之间的相对手性。对于大的手性，共存伴随着细胞之间的强烈的相互混合，而空间分离发生否则。我们发现，聚集体内的竞争是由具有不同手性的细胞相遇的区域中的凸起介导的。聚集体形状和自然选择之间的双向耦合由手征Kardar-Parisi-Zhang方程耦合到具有乘性噪声的Burgers方程来描述。我们解决了这个理论的关键特征，以解释手征选择的起源。总的来说，我们的工作表明，手性可能是一个重要的生态特性，介导竞争，入侵和空间结构的细胞群体。
2020-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Competition at the front of expanding populations
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
通过耦合Fisher方程和KPZ方程，研究扩张种群前沿的竞争机制，发现空间扩张能力可超越生殖优势，且适应度变异可用Tracy-Widom分布描述。
2026-05-28 physics.bio-ph q-bio.PE
A model of sympatric speciation through assortative mating
本文在数量性状理论的框架内建立了一个微观模型，从数值和解析两个方面研究了竞争和繁殖对同域物种形成过程的综合影响，即在没有地理障碍的情况下的物种形成。健身的两个组成部分被认为是：一个静态的，描述适应环境因素不相关的人口本身，和一个动态的，占生物体之间的相互作用，例如竞争。种群规模的有限性对共存物种的生存的影响也占。模拟结果表明，无论是在平坦和陡峭的静态适应度景观的情况下，竞争和竞争性确实发挥协同效应的物种形成。我们还表明，竞争作为一个稳定的力量，对灭绝，由于在一个有限的人口随机抽样。最后，证据表明，物种形成可以被看作是一个相变。
2004-08-25 q-bio.PE
Fitness is asymptotically irrelevant under uniform competition in phenotype-structured populations
Instituto de Matemática e Computação, Universidade Federal de Itajubá（伊塔朱巴联邦大学数学与计算研究所）；Carl Gustav Carus School of Medicine, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学卡尔·古斯塔夫·卡鲁斯医学院）
本文证明在均匀竞争下，表型结构化群体的长期分布仅由切换动力学决定，适应度渐近无关，并给出收敛速率与推广条件。
2026-09-29 math.AP q-bio.PE
Crossing a fitness valley as a metastable transition in a stochastic population model
我们考虑一个种群动态的随机模型，其中每个个体的特征是{0，1，. L}，并且具有自然繁殖率、由于年龄或竞争的逻辑死亡率以及在每个繁殖事件中向邻近性状突变的概率。我们选择的参数，使诱导的健身景观表现出一个山谷：突变个体的负适应性必须创建，以使人口达到一个具有正适应性的特征。我们重点讨论了几种速度下大群体和罕见突变的极限。特别地，当突变率足够低时，亚稳定性发生：谷的退出时间是随机的，呈指数分布。
2019-02-11 math.PR q-bio.PE
Competition on the edge of an expanding population
在不断增长的种群中，突变的命运取决于它们与祖先的竞争能力以及它们开拓新领土的能力。在这里，我们提出了一个理论，集成了两个方面的突变体的健身耦合的经典描述的一维竞争（Fisher方程）的最小模型的前面的形状（KPZ方程）。我们解决了这些方程，并发现了三个制度，这是由膨胀率控制，仅由竞争能力，或两者兼而有之。总的来说，我们的研究结果提供了一个简单的框架来研究空间竞争。
2023-01-18 q-bio.PE
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
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
Pollinator foraging flexibility and coexistence of competing plants
我们使用最佳觅食理论来研究两种植物和一个通才传粉者之间的共存。我们比较植物共存的非适应性与适应性传粉者，调整他们的觅食策略，以最大限度地提高健身条件。当传粉者有固定的偏好，我们表明，植物共存通常需要植物之间的弱竞争资源（例如，空间或营养）和传粉者的偏好，不太偏向于任何一种植物。我们还展示了植物共存是如何通过传粉媒介间接促进的。当传粉者是适应性觅食，传粉者的饮食最大限度地提高传粉者的健身衡量的人均人口增长率。模拟表明，这对植物共存有两个相互矛盾的后果。一方面，当传粉者之间的竞争是弱的，适应有利于传粉者专业化的更有利可图的植物，增加植物竞争的不对称性，使它们的共存可能性较小。另一方面，当传粉者之间的竞争是强大的，适应促进通性，这有利于植物共存。此外，适应性觅食使传粉者能够在失去首选植物宿主时生存下来，从而防止整个群落的进一步崩溃。关键词：互惠共生，竞争，最优觅食，进化稳定策略，共存，适应率
2016-08-10 q-bio.PE
Suppressing evolution through environmental switching
变化环境下的生态学和进化在生物学的许多子领域都很重要，对医学也有影响。在这里，我们探讨一个例子：波动的环境对抗生素耐药性出现的后果，这是一个巨大的和日益增长的问题。通常，使用高剂量的抗生素以快速消除感染，并最大限度地减少耐药性可能出现的时间。然而，这种策略可能不是最佳的。由于竞争可以降低适应性，而抗性通常具有繁殖成本，因此抗性突变体的适应性取决于它们的环境。在这里，我们显示的条件下，环境不同的健身可以利用，以防止出现的阻力。我们开发了一个随机洛特卡-沃尔泰拉模型的微生物系统与竞争的表型：一个野生菌株敏感的抗生素，和一个突变株，是耐药。我们研究了抗生素的各种脉冲应用对种群抑制的影响。利用竞争，我们展示了环境转换策略如何抑制感染，同时避免耐药突变体。我们讨论的程序取决于微生物和药效学和方法来改善它们的局限性。
2021-04-12 q-bio.PE
Innovation rather than improvement: a solvable high-dimensional model highlights the limitations of scalar fitness
我们对生态和进化机制的理解大多来自对低维模型的分析：很少有相互作用的物种，或者很少有定义“适应度”的轴。从低维模型中得到的直觉在多大程度上适用于复杂的高维现实，这一点并不总是很清楚。例如，大多数自然存在的微生物群落是惊人的多样性，拥有大量的共存物种，每一个都有助于塑造其他物种的环境。理解这些系统中的生态进化相互作用是一个重要的挑战，也是统计物理学令人兴奋的新领域。最近的工作确定了一个有前途的新平台，调查高度多样化的生态系统，基于经典的资源竞争模型的麦克阿瑟。在这里，我们将描述如何使用相同的分析框架来研究进化问题。我们的分析说明了如何，在高维，直觉促进了一维（标量）的健身概念可以成为误导。具体来说，虽然低维图片强调有机体的成本或效率，我们展示了一个政权，成本变得无关生存，并将这一观察高维几何的一般属性。
2017-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Evolution of Canalizing Boolean Networks
利用带渠化函数的布尔网络对基因调控网络进行建模。为了了解这种网络在进化力量下的行为，我们通过自适应行走模拟了单个布尔网络的进化，这使我们能够探索适应度景观。突变改变了节点的连接和功能。我们的适应性标准是对小扰动的动力学吸引子的鲁棒性。我们发现，在这个适应度标准下，总是达到全局最大值，并且存在一个巨大的100%适应度的中性空间。此外，尽管具有如此高的鲁棒性，进化网络仍然与“混沌”网络共享许多特征。
2007-06-29 q-bio.MN q-bio.PE
Entropic contribution to phenotype fitness
本文研究双峰景观中表型尺寸、基因型网络拓扑与复制能力对适合度的影响，通过解析推导、映射分析和种群模拟揭示演化可及性的熵效应。
2023-04-11 cond-mat.stat-mech 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
An individual-based model for the Lenski experiment, and the deceleration of the relative fitness
Lenski实验研究了细菌种群的长期进化。它的设计允许直接比较进化株与其创始祖先的生殖适应性。Wiser等人（2013）观察到，相对适合度随时间呈次线性增加，这种行为通常归因于克隆干扰或上位性等效应。在本文中，我们提出了一个基于个人的概率模型，捕捉Lenski实验的设计的基本特征。我们假设，每个有益的突变增加了一个固定的量，这对应于在连续时间（日内）模型的一部分上位性的情况下，个体繁殖率，但导致在离散时间（日间）模型的一部分上位性效应。使用近临界Galton-Watson过程的近似，我们证明了在排除克隆干扰的模型参数上的一些假设下，经过适当的重新缩放，相对适应度过程在大人口限制下收敛到幂律函数。
2016-02-02 math.PR q-bio.PE
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
Fluctuation Domains in Adaptive Evolution
我们推导出一个表达式的表型进化的平行轨迹之间的变化，扩展了众所周知的结果，预测适应性动力学或数量遗传学的平均进化路径。我们展示了这个表达式如何引起波动域的概念-部分的适应度景观的进化速度是非常可预测的（由于波动耗散）和部分，它是高度可变的（由于波动增强）。这些波动域由适应度景观的曲率决定。具有正曲率的适应度景观的区域，例如适应性山谷或分支点，经历增强。具有负曲率的区域（如自适应峰）会经历耗散。我们探索这些动态的生态场景中的隐性和显性的竞争有限的资源。
2010-04-23 q-bio.PE
Evolutionary trajectories in rugged fitness landscapes
我们考虑了在静态、不相关的随机适应度景观中经历突变选择动态的无限种群的演化轨迹。从由单个基因型组成的种群开始，种群最多的基因型\textit{jumps}从一个局部适应度最大值到另一个，并最终达到全局最大值。我们使用一个强大的选择限制，这减少了动力学超出第一个时间步之间的竞争，独立的突变体亚群，研究这个模型和一个简单的一维模型，忽略了序列空间的几何动态。我们发现，沿轨迹出现的拟合基因型是适当定义的健身\textit{records}的一个子集，并利用非同分布随机变量的记录理论的几个结果。对轨迹有贡献的基因型是那些不是\textit{bypassed}的记录，它们来自于更远的初始群体。从数值模拟中提取了几个关于旁路统计的图表。特别是，对于一维模型，我们提出了一个简单的绕过概率和动态指数之间的关系，它描述了典型的进化时间与基因组大小的缩放。后者可以根据适应度分布的极值性质精确地确定。
2005-05-26 cond-mat.dis-nn 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
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
Population genetics in compressible flows
我们研究两个生物物种之间的竞争平流可压缩的速度场。个体被视为离散的拉格朗日粒子，以密度依赖的方式繁殖或死亡。在缺乏速度场和适应度优势的情况下，数量波动会导致随机费舍尔方程典型的粗化动态。然后，我们研究了三个例子的可压缩平流场：壳模型的湍流，正弦速度场和线性速度汇。在所有情况下，平流导致固定时间的显著下降，以及全球承载能力的大幅降低。尽管在收敛区的本地化，一个物种灭绝的速度比在混合种群更快。对于一个弱的谐波势，人们发现固定时间的双峰分布。在这种情况下，长寿命状态是具有单个边界的分层配置，其位置取决于适应度优势。
2011-06-17 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Universal characterization of epitope immunodominance from a multi-scale model of clonal competition in germinal centers
该研究提出生发中心B细胞亲和力成熟的多尺度准种动力学模型，构建免疫原空间以普适表征表位免疫优势，探索抗原组成的影响并得出双抗原鸡尾酒设计的通用原则。
2024-01-31 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Neutral competition in a deterministically changing environment: revisiting continuum approaches
环境变化通过影响竞争物种之间的相对优势，在生态竞争中发挥重要作用。在这里，我们认为这样的影响，通过扩展一个经典的，有竞争力的莫兰模型，将周期性波动的环境中的时间。我们适应这些经典模型的工作方法来研究环境波动的幅度和频率对两个重要的人口统计数据的影响：固定的概率和固定的平均时间。特别是，我们发现，对于小的频率，该系统的行为类似于一个系统，两个物种之间的适应度差异恒定，和大的频率，该系统的行为类似于一个中立的竞争模型。最有趣的是，该系统表现出非平凡的中频行为。我们的结论表明，我们的研究结果同意最近的理论工作与随机变化的环境中的竞争模型，并讨论我们开发的方法如何简化研究这些模型所需的数学分析。
2019-09-17 q-bio.PE
Stochastic evolutionary games in dynamic populations
频率依赖选择和人口波动在进化和生态过程中起着重要作用。在频率依赖选择下，群体的平均适应度可以基于群体内个体之间的相互作用而增加或减少。即使在恒定的环境中，种群规模的波动也应该反映出这一点。在这里，我们提出了一个随机模型，它自然地结合了这两个进化的成分，假设频率依赖于不同类型之间的竞争，在一个基于个人的模型。与以往的博弈论模型不同，种群的承载能力和种群规模是由进化博弈和人口随机性介导的个体间的成对竞争决定的。在种群规模为无穷大的情况下，平均随机动力学被确定性竞争Lotka-Volterra方程所捕获。在小种群中，人口随机性反而可能导致整个种群的灭绝。由于种群规模是由进化博弈中的适应度决定的，因此合作者的种群比背叛者的种群更不容易灭绝，而在通常的固定规模系统中，种群会繁荣，而不管其平均收益如何。
2015-06-22 q-bio.PE
Competition between recombination and epistasis can cause a transition from allele to genotype selection
生物网络的核心生物化学和调节相互作用预计会引起广泛的遗传相互作用或上位性，影响复杂性状的遗传力和基因型在种群中的分布。然而，从观察到的表型-基因型相关性推断上位性受到统计困难的阻碍，而对上位性影响的理论理解仍然有限，这反过来限制了我们解释数据的能力。特别令人感兴趣的是许多相互作用的遗传基因座与小的个人贡献健身的生物学相关的情况。在这里，我们提出了一个计算模型的选择动力学涉及许多上位性位点的重组人口。我们证明，大量的多态性相互作用位点，尽管频繁重组，表现出合作行为，锁定等位基因到有利的基因型，导致人口组成的一组竞争克隆。当重组率超过某个取决于上位性强弱的临界值时，这种“基因型选择”机制就会突然消失，让位于“等位基因选择”--在有性繁殖的种群中，不同基因座之间的相关性很弱。我们发现，大的人口达到最高的健身重组率略低于临界。染色体上相互作用的基因集合的聚集导致了中间状态的出现，在那里合作的等位基因块锁定在遗传模块中。这些单倍型块消失在第二个过渡到纯等位基因选择。我们的结果表明，许多弱上位相互作用的集体效应可以对种群结构产生显着的影响。
2009-12-13 q-bio.PE
Mechanically-driven growth and competition in a Voronoi model of tissues
本文将随机生长率与细胞力学耦合，基于 SPV 模型研究致密组织中突变体入侵，发现优选面积和周长主导适合度，类液态更抗入侵，且非生长模拟与平均场可预测竞争结果。
2024-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.PE
Evolutionary adaptation is facilitated by the presence of lethal genotypes
本文研究了致死基因型在生物进化中的作用，发现在崎岖适应度景观和激烈资源竞争条件下，致死突变反而能通过降低对较不适应变体的选择压力、增加跨越适应度谷的速率，从而加速最佳适应基因型的进化。
2023-02-07 physics.bio-ph q-bio.PE
Mathematical Model of Evolution of Non-Degenerate Replicator Systems
提出并分析非退化复制器系统进化适应数学模型，通过双时间尺度分离将适应问题转化为稳态平均适应度最大化，推导公式并建立条件，算法应用于四个系统，发现进化三阶段模式及抗寄生性。
2026-09-09 math.DS math.OC q-bio.PE
Evolutionary path dependence of semantic complexity
University of Bath（巴斯大学）；Centre for Evolution, University of Bath（巴斯大学生命进化中心）
研究生物复杂性，提出语义复杂性概念，通过简单数学模型说明其与句法复杂性区别，发现总句法复杂性进化具路径依赖性，有驱动和熵两种模式，早期特化偶然性与多最优景观决定谱系在各模式停留时间及适应性达成方式。
2026-07-20 q-bio.PE
Adaptive evolution of hybrid bacteria by horizontal gene transfer
水平基因转移是细菌进化中的一个重要因素，可以跨越物种界限。然而，我们对跨谱系基因转移的速率和基因组靶点以及其对受体生物体的生理和适应性的影响知之甚少。在这里，我们解决这些问题，在一个平行的进化实验与两个枯草芽孢杆菌谱系的7%的序列分歧。我们观察到杂交生物的快速进化：基因转移在短短200代内交换了约12%的核心基因组，并且至少在一个种群中替换了60%的核心基因。通过基因组学、转录组学、适应性测定和统计建模，我们证明了转移在杂交中产生了适应性进化和功能改变。具体来说，我们的实验揭示了一个强大的，可重复的健身增长的进化种群在静止的增长阶段。通过对重复群体间转移统计数据的基因组分析，我们推断HGT选择具有广泛的遗传基础：40%的观察到的转移是自适应的。在功能基因网络的水平上，我们发现负选择和正选择的特征，与网络功能的混合不相容性和适应性进化一致。我们的研究结果表明，基因转移导航一个复杂的跨谱系适应度景观，沿着多个高适应度路径桥接上位障碍。
2020-04-23 physics.bio-ph q-bio.GN q-bio.PE
Adaptive Dynamics of Diverging Fitness Optima
本研究针对含两个不同偏移速度局部最优性状的表型结构种群进化模型，通过特征值问题确定种群存续条件，分析小突变极限下的解的集中特性，揭示了环境变化中性状竞争主导的影响因素。
2024-07-15 math.AP q-bio.PE
Optimal segregation of proteins: phase transitions and symmetry breaking
细胞分裂时关键蛋白质的不对称分离--无论是有益的还是有害的蛋白质--在单细胞生物中普遍存在，并且通常被认为是在应激环境中增加适应性的进化特征。在这里，我们提供了一个总体框架来描述这种不对称隔离的进化起源。我们计算的人口健身作为一个功能的蛋白质分离不对称性$a$，并表明，值的$a$优化人口增长表现出对称和不对称的分区阶段之间的相变。令人惊讶的是，对于有益蛋白质的情况，相变的性质与降低单细胞生长速率的蛋白质不同。我们的研究阐明了蛋白质分离背景下进化所面临的优化问题，并激发了生物系统中蛋白质不对称分离的进一步研究。
2018-04-24 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
A theory of ecological invasions and its implications for eco-evolutionary dynamics
针对生态反馈导致物种入侵结果难预测的问题，提出适用于多类模型的通用生态入侵理论，推导解析表达式并引入“修饰入侵适合度”，验证了突变体-亲本共存现象，为生态进化动力学提供理论支撑。
2025-08-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Demographic noise can lead to the spontaneous formation of species
当一群表型多样的生物体相互竞争有限的资源时，最相似的生物之间的竞争最激烈，种群可以进化成紧密定位的集群。这个过程可以被认为是物种出现的一个简单模型。过去的研究忽略了人口噪声的影响，并在宏观尺度上研究了种群，发现物种的形成取决于曲线的形状，描述了竞争强度与表型距离的下降。在下文中，我们将展示如何将人口统计学噪声的影响包括在内，从而得出一个完全不同的结论。确定了两种情况：一个弱噪音制度，其中人口表现出的宏观描述周围的波动模式，和一个强噪音制度，物种自发出现的情况下，即使所有的生物体具有相等的健身。
2012-05-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Self-localized states in species competition
我们研究的条件下，物种的相互作用，所描述的连续版本的竞争性Lotka-Volterra模型（即非本地Kolmogorov-Fisher模型，及其微分近似），可以支持存在的本地化状态，即补丁的物种与增强人口包围在生态位空间中的物种在较小的密度。这些状态将产生于物种的相互作用，而不是任何偏好的生态位位置或更好的适应性。与以前的工作相比，我们只包括二次非线性，使本地化补丁出现在均匀分布的物种共存的背景下，而不是在顶部的无物种空状态。对于微分模型，我们发现并详细描述了稳定的局域态。然而，对于完整的非局部模型，竞争性相互作用本身不允许观察自定位状态的条件，我们展示了如何包含额外的促进相互作用导致它们的出现。
2014-02-25 nlin.PS 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
Effect of Feedback between Environment and Finite Population
本文构建物种—环境协同进化系统，分析正负反馈对入侵及两物种竞争的影响，揭示早期随机事件和反馈驱动的进化路径可提升低适应度物种接管种群的机会。
2023-10-23 q-bio.PE
Fitness and Overfitness: Implicit Regularization in Evolutionary Dynamics
本文利用进化动力学与贝叶斯学习的数学同构，提出隐式正则化驱动生物体复杂性匹配环境复杂性，过度或不足适应分别导致过度适应与适应不足，并揭示频繁变化环境降低复杂性的趋势。
2025-08-05 cs.NE q-bio.PE
Competition, Trait Variance Dynamics, and the Evolution of a Species' Range
物种群落的地理范围在环境、生态和进化力量的作用下进化。了解这些力对物种范围动态的影响是空间生态学的一个主要目标。以往的数学模型都是在环境梯度的作用下，将物种种群分布的动态变化和与适应度相关的表型性状的选择性进化结合起来研究的。这些模型不可避免地包括一些不切实际的假设，并且生物学上合理的参数值范围不容易指定。因此，这种类型的种子模型的模拟可以导致显着不同的结论，这些人口的行为，包括适应不良设置稳定的范围边界的可能性。在这里，我们协调这样的结果，开发和模拟一个连续体模型的范围内的进化在一个社区的物种，相互竞争，同时扩散的环境梯度。我们的模型扩展了现有的模型，将竞争和自由变化的种内性状方差。该模型的模拟预测物种的性状方差的空间分布与文献中的实验测量结果一致。此外，他们重申种间竞争作为一个有效的因素，在限制物种的范围，即使性状变异不受人为限制。这些理论结果可以通知设计，但罕见的，实证研究，以澄清范围稳定的进化原因。
2021-11-25 math.AP q-bio.PE
A model balancing cooperation and competition explains our right-handed world and the dominance of left-handed athletes
绝大多数人是右撇子。人们已经提出了许多关于个体利手的解释，但这种群体水平的利手仍然令人困惑。在这里，我们使用一个最小的数学模型来解释这种人口水平的手的偏好作为一个进化的平衡之间的合作和竞争的压力在人类进化史上。我们选择优秀运动员作为进化模型的试验平台，并解释了许多职业运动中令人惊讶的利手分布。我们的模型预测强烈的偏侧化在社会物种有限的好斗的相互作用，并阐明了罕见的令人信服的证据“pawedness”在动物世界。
2011-09-27 math.DS q-bio.PE
Multi-time scales in adaptive dynamics: microscopic interpretation of a trait substitution tree model
考虑了具有最近邻竞争和迁移的适应度结构种群模型。在大人口和罕见的迁移限制的组合下，我们特别感兴趣的是支持性状网站上的总人口分区的渐近行为。对于有限性状空间上的无突变群体，我们得到了平衡构型，并刻画了固定的正确时间尺度。对于无限性状空间上的突变模型，针对大种群限制下的稀有迁移问题，建立了稀有突变时间尺度上的跳跃过程-性状替代树模型.由于新的突变体引起的适应度景观的变化，一些暂时不适合的类型可以不时地恢复。最后从遗传水平上阐明了二倍体种群的有性生殖。
2012-07-19 math.PR q-bio.PE
The $P^*$ rule in the stochastic Holt-Lawton model of apparent competition
在$1993$中，Holt和Lawton引入了一个两种寄主被一种寄生蜂寄生的随机模型。我们介绍和分析了这些随机差分方程的泛化与任何数量的主机物种，随机变化的寄生率，随机变化的主机固有的适合度，和随机移民的寄生蜂。尽管缺乏直接的，主机的密度依赖性，我们表明，该系统是耗散的，即在有限时间内进入一个紧凑的集合的所有初始条件。当有一个单一的主机物种，随机持久性和灭绝的主机的特点是使用外部李雅普诺夫指数对应的平均人均增长率的主机时，罕见的。当一个单一的主机持续，说物种$i$，一个明确的表达式是来自平均密度，$P_i^*$，寄生蜂在固定分布支持两个物种。当有多个宿主物种时，我们证明了具有最大$P_i^*$值的宿主物种随机持续存在，而其他宿主物种则渐进地走向灭绝。回顾了主要的数学方法来证明的结果和未来的挑战。
2020-11-30 math.DS math.PR q-bio.PE
