Epistasis and Adaptation on Fitness Landscapes
当突变的效果取决于其携带者的遗传背景时，发生上位性。尽管有越来越多的证据表明上位适应性是普遍的，但它在进化过程中的作用是有争议的。适应度景观，基因型或表型到适应度的映射，捕捉上位性的全部范围和复杂性。适应度景观理论表明上位性如何影响进化的过程和结果。此外，通过测量成千上万个相连基因型的竞争适应度，经验适应度景观表明上位性是频繁的，并取决于适应度测量，景观突变的选择，以及测量环境。在这里，我回顾了适应度景观理论和实验及其对上位性在适应中的作用的影响。我讨论的理论期望，根据经验的适应度景观，并强调开放的挑战和未来的方向，对整合理论和数据，并纳入生态因子〈动〉<动>。
2022-06-10 q-bio.PE
Effects of Epistasis and Pleiotropy on Fitness Landscapes
影响遗传结构的因素塑造了适应度景观的结构，因此在演化动力学中起着重要作用。在这里，NK模型用于研究遗传结构的关键组成部分--上位性和多效性如何影响适应度景观的结构，以及它们如何影响不断变化的种群的适应能力，尽管穿越崎岖的山谷存在困难景观。种群被认为利用上位性相互作用和多效性来获得更高的适应度，并且不会受到必须跨越山谷才能达到更高适应度峰值的事实的抑制。
2013-04-12 q-bio.PE
Percolation on fitness landscapes: effects of correlation, phenotype, and incompatibilities
我们研究了随机适应度分配中的相关性如何影响适应度景观的结构。我们考虑三类适应度模型。第一种是连续的表型空间，其中个体的特征在于大量连续变化的性状，如大小，重量，颜色或直接影响适应性的基因产物的浓度。第二个是一个简单的模型，明确地描述了基因型表型和表型适应度的地图，允许在表型和适应度水平的中立性，并导致一个适应度景观与可调的相关长度。第三种是一类模型，其中等位基因或表型性状值的特定组合是“不相容”的，即所得基因型或表型具有降低的（或零）适应性。这类模型可以被看作是典型的Bateson-Dobzhansky-Muller物种形成模型的推广。我们还证明了离散NK模型具有高相关性模型的一些特征。在整个文件中，我们的重点是渗流阈值，连接集群的数量，大小和结构，以及可行的基因型的数量。
2006-11-23 q-bio.PE
The Changing Geometry of a Fitness Landscape Along an Adaptive Walk
最近人们注意到，各种上位性的相对流行率随着适应性步行而变化。这已经被解释为NK模型适应度景观中的均值回归的结果。在这里，我们表明，这种现象发生相当普遍的适应度景观。我们提出了一个简单和一般的解释这种现象，确认平均回归的作用。我们提供支持这种解释与模拟，并讨论我们的研究结果的经验相关性。
2013-12-14 q-bio.PE
Antibiotic resistance landscapes: a quantification of theory-data incompatibility for fitness landscapes
适应度景观是分析进化的核心，特别是对于细菌和病毒的耐药性突变。我们发现，与抗生素耐药性相关的适应度景观与任何经典模型都不兼容;添加剂，不相关和块适应度景观。对NK模型进行了讨论。人们经常说，实际上对自然界中的适应度景观一无所知。我们证明，抗菌药物突变的可用记录可以揭示一般的适应度景观的有趣特性。我们应用这些方法分析TEM家族的$β$ -内酰胺酶与抗生素耐药性相关。实验室结果与我们的观察相符。我们建议的定性工具非常适合于经验适应度景观的比较。适应度景观是重组理论的核心，有可能发现工具和重组策略之间的关系。
2013-03-15 q-bio.PE
Fluctuations in fitness distributions and the effects of weak linked selection on sequence evolution
演化动力学和分子进化模式受到基因组相关区域选择的强烈影响，但我们对这些影响的定量理解仍然不完整。最近的工作集中在预测的适应度分布在一个不断发展的人口，这形成了几种方法的基础上，利用适应度分布预测模式的遗传多样性〈动〉性<动>时，选择是强的。然而，在弱选择群体中，由于遗传漂变而引起的随机波动更为严重，并且群体内的适应度分布和序列多样性都没有得到很好的理解。在这里，我们简要回顾了适应度分布图背后的动机，并总结了在强选择机制中用于分析这种分布的一般方法。然后，我们扩展这些方法的情况下，弱选择，概述了一个扰动处理选择在大量的链接网站。这使我们能够量化的随机行为的健身分布，并产生精确的分析预测的序列多样性和替代率的限制，选择是弱的。
2012-10-15 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
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
Universality classes of interaction structures for NK fitness landscapes
Kauffman的NK-模型是一类基因型适应度景观的随机模型的典范，其目的是捕捉多位点系统中上位相互作用的一般特征。基因型表示为$L$二元基因座的序列。分配给基因型的适应度是贡献的总和，每个贡献是在$k \le L$基因座的子集上定义的随机函数。这些子集或邻域决定了模型的遗传相互作用。而早期的NK模型的工作表明，它的大部分属性是强大的选择方面的邻里，最近的工作已经揭示了一个重要的，有时违反直觉的影响的相互作用结构的NK适应度景观的属性。在这里，我们回顾这些事态发展，并提出新的结果有关的本地健身最大值的数量和选择性访问（即，健身单调）突变途径的统计。特别是，我们开发了一个统一的框架，用于计算指数增长率的预期数量的局部适应度最大值作为$L$的函数，并确定两个不同的普遍性类的相互作用结构，显示不同的渐近性，这个数量为大$k$。此外，我们表明，概率的适应度景观可以沿着一个可访问的路径遍历呈指数下降$L$的一大类的相互作用结构，我们的特点是局部有界的。最后，我们讨论了NK互动结构的动态演化的影响，使用自适应步行模型。
2018-03-01 q-bio.PE
Modularity Enhances the Rate of Evolution in a Rugged Fitness Landscape
生物系统是模块化的，这种模块化影响着生物系统随着时间的推移和在不同环境中的进化。我们在这里开发了一个理论，在一个崎岖的，模块化的适应度景观的进化动力学。我们分析了水平基因转移如何耦合到系统中的模块化，并导致在短时间内更快的进化速度。该模型，在一般情况下，分析表明，在生物学中的流行模块化的选择压力。我们使用这个模型来展示流感病毒的进化如何受到人类免疫系统识别的蛋白质的模块化的影响。观察到的病毒适应度增加率的大约25%可以归因于模块化病毒景观。
2015-01-20 q-bio.PE
Rare-Event Sampling Analysis Uncovers the Fitness Landscape of the Genetic Code
本研究利用稀有事件采样方法分析遗传密码的适应度景观，发现标准遗传密码极为鲁棒，且景观具有多峰结构，进化路径依赖地偏向特定峰。
2022-10-18 q-bio.PE
Impact of population size on early adaptation in rugged fitness landscapes
研究在弱突变机制下，有限种群规模对崎岖适应度景观中早期适应性的影响，发现存在最优种群规模可最大化首个适应度峰高度，使小种群早期适应更高效可预测。
2022-12-02 q-bio.PE
Global epistasis on fitness landscapes
突变之间的上位性相互作用增加了适应性景观的复杂性，通常被认为不利于我们预测进化的能力。然而，全局上位性的模式，其中突变的适应性效应是由其遗传背景的适应性很好地预测的，实际上可能有助于我们重建适应度景观和推断适应性轨迹。突变之间的微观相互作用，或适应度景观中固有的非线性，可能会导致全局上位性模式的出现。在这篇简短的评论中，我们提供了一个关于全局上位性的最新工作的简要概述，重点是建立关于为什么它经常被观察到的直觉。为此，我们调和简单的几何推理与最近的数学分析，用这些来解释为什么不同的突变在经验景观可能会表现出不同的全球上位性模式-从递减到递增的回报。最后，我们强调开放的问题和研究方向。
2022-10-07 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
On Eigen's quasispecies model, two-valued fitness landscapes, and isometry groups acting on finite metric spaces
对经典的Eigen拟物种模型引入了二值适应度景观。这种适应度景观可以被认为是所谓的单峰或尖峰景观的直接概括。研究了一般的非置换不变拟种模型，因此问题的维数为$2^N\times 2^N$，其中$N$为序列长度.它表明，如果适应度函数是等于$w+s$的$G$轨道$A$，并等于$w$在其他地方，那么平均人口适应度可以找到作为最大根的次数代数方程至多$N+1$。这里$G$是作用于长度为$N$且具有汉明距离的0和1序列的度量空间上的任意等距群。根据$G$ -轨道$A$的球增长函数给出了这个精确代数方程的显式形式。给出了轨道序列误差阈值的充分条件。基于对二值适应度景观的分析，引入了特征模型的一个抽象推广，使得序列由有限度量空间$X$上的点以及作用于$X$上的一组等距传递确定.特别是，原始的准种模型的一个简单的模拟进行了讨论，这可以被认为是一个数学模型的开关的抗原变异的一些细菌。
2016-06-13 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
Quasispecies Theory for Horizontal Gene Transfer and Recombination
我们介绍了一个泛化的平行，或Crow-Kimura，和本征模型的分子进化代表人口中的个体之间的遗传信息的交换。我们研究了不同的遗传重组方案对种群中个体的稳态平均适应度和分布的影响，通过一个解析场论映射。我们调查了来自群体的水平基因转移和成对个体之间的重组。有些令人惊讶的是，准物种理论对现代生物学的这些非线性推广是可以解析求解的。对于双亲复合，我们发现两个选定的阶段，其中之一是光谱刚性。我们提出了精确的分析公式的平衡平均适应的人口，在最大值原则，这是普遍适用于任何排列不变的复制率函数。对于光滑的适应度景观，我们表明，当正上位相互作用存在，重组或水平基因转移引入了一个温和的负荷对选择。相反，如果适应度景观表现出负上位性，水平基因转移或重组通过增强对最适合的基因型的选择而引入优势。这些结果证明了突变决定论假说对于准种模型是成立的。对于不连续的单尖峰适应度景观，我们表明，水平基因转移没有影响的适应度，而重组降低适应度，并行和本征模型。我们提出的数值和分析结果，以及相图的不同情况下。
2008-12-12 q-bio.PE
In-vivo mutation rates and fitness landscape of HIV-1
突变率和有害突变的适应性成本很难在体内测量，但对于定量理解进化至关重要。使用未经治疗的HIV-1感染期间纵向样本的全基因组深度测序数据，我们从遗传变异的时间动态中估计了HIV-1的突变率和适应性成本。在近似中性的位点，突变以每天每个位点1.2 x 10^-5的速率累积，这与细胞培养中测得的速率一致。从G到A的转化率最高，其次是C到T、T到C和A到G的转化，而颠换则更少见。在非中性位点，大多数突变减少病毒复制;使用突变选择平衡模型，我们估计了HIV-1基因组中每个位点突变的适应度成本。大约一半的非同义突变具有较大的适应性成本（大于10%），而大多数同义突变的成本低于1%。同义突变的成本在大多数gag和pol中特别低，而在重要的RNA结构和调控区中观察到高得多的成本。患者内健身成本估计在多个患者中是一致的，这表明适应度景观的有害部分是普遍的，并解释了全球HIV-1 M组多样性的很大一部分。
2016-07-01 q-bio.PE
Physics of Evolution: Selection without Fitness
传统上，进化被看作是一个过程，在这个过程中，从一个种群（例如生物物种或工业产品）的可能变异中，少数变异被选择出来生存和增殖，而其他变异则消失了。生存概率通常与特定变异的“适应性”相关联。在本文中，我们认为，健身的概念是一个后验的概念，在这个意义上说，人们可以分配更高的健身生存的物种，但一般不能派生或甚至测量健身-或适应度景观-本身。基于这个原因，我们认为在进化的“物理”理论中应该避免这种观念。本着这种精神，在这里，我们提出了一个随机矩阵模型的进化选择机制编码在物种的相互作用矩阵。我们能够恢复进化动力学的一些关键事实，如间断平衡，即存在内在的大规模的进化事件，同时，戏剧性的多样化时期，如已知的，例如从化石记录。此外，我们评论的两个基本的技术问题的“物理学的演变”，其相空间的非封闭性和共同发展的边界条件的问题，显然在所有系统的演变。
2008-09-24 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
Mutational pathway determines whether drug gradients accelerate evolution of drug-resistant cells
药物梯度被认为在细菌对抗生素的耐药性和肿瘤对抗癌药物的耐药性的进化中起重要作用。我们使用统计物理模型来研究暴露于药物梯度的恶性细胞群体的演变，其中通过涉及多个突变的突变途径出现耐药性。我们发现，一个不均匀的药物分布有可能加速出现的阻力时，突变途径涉及一个长序列的突变体与增加的阻力，但如果该途径是短或跨越健身谷，实际上可能会减缓药物梯度的演变。这些预测可以通过实验来验证，并可能有助于改善对抗耐药性出现的策略。
2012-08-15 physics.bio-ph q-bio.PE
A game-theoretic mechanism for aggregation and dispersal of interacting populations
我们适应的适应度函数从演化博弈论作为一种机制，在偏微分方程（PDE）模型的两个相互作用的人口，描述的密度函数$u$和$v$的聚集和分散。我们考虑一个空间模型，其中个人迁移到当地的适应度梯度，寻找他们的给定特征更有利的位置。由此产生的系统的健身梯度方程是一个退化的系统，具有空间结构，光滑，稳定状态的解决方案，其特征在于在整个域的恒定健身。当种群被视为捕食者和猎物，我们的模型捕捉猎物聚集行为符合汉密尔顿的自私的羊群假说。我们还提出了弱稳定状态的解决方案，在1D是连续的，但在一般情况下并不光滑的地方，与相关的健身是不连续的，分段常数。我们给出了数值例子的解决方案，朝着这样弱的稳定状态。我们还给出了一个例子的空间洛特卡-沃尔泰拉模型，其中的健身梯度通量创建不稳定性，导致空间结构的稳定状态。我们的研究结果还表明，当健身有一定的依赖于当地的相互作用，健身为基础的扩散机制可能会采取行动，以创造整个栖息地的空间变化。
2018-03-15 q-bio.PE
Properties of selected mutations and genotypic landscapes under Fisher's Geometric Model
适应度景观--基因型和适应度之间的映射--决定了适应过程的性质。通过选择少数有益突变并测量这些突变的所有组合的适应度，最近已经建立了几个小的遗传适应度景观。在这里，我们生成几个可测试的预测这些景观的属性下费舍尔的几何模型的适应（FGMA）。当远离最佳适应度时，我们分析计算有益突变及其上位相互作用的适应度效应。我们表明，平均而言，上位性可能是负的或正的，这取决于祖先基因型与最佳基因型的距离以及突变是在适应性步行中独立选择还是共同选择。使用模拟，我们表明，从FGMA建立的遗传景观是非常接近的添加剂景观时，祖先的应变是远离最佳。然而，当接近最佳，一个大的景观多样性与大量的崎岖和符号上位性出现。引人注目的是，景观建立在相同的确切条件下，从不同的实现随机自适应步行是高度可变的，这表明，需要几个实现小的遗传景观，以获得信息的基础架构的全球自适应景观。
2014-05-14 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
Finite genome length corrections for the mean fitness and gene probabilities in evolution models
利用Hamilton-Jacobi方程方法研究了长度为$L$的基因组，得到了水平基因转移模型和具有一般适应度景观的二倍体进化模型的稳态种群分布和平均适应度函数的1/L修正.我们的数值解证实了所得到的解析方程。我们的方法可以应用到一般情况下的非线性马尔可夫模型。
2012-12-06 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Epistasis and Shapes of Fitness Landscapes
适应度景观的形状和潜在的基因相互作用，或上位性之间的关系，已在两个位点的情况下进行了广泛的研究。多个基因座之间的基因相互作用通常被简化为双向相互作用。我们提出了一个几何理论的形状的适应度景观的多个位点。一个中心概念是基因位，它是群体中所有可能的等位基因频率的凸包。基因位的三角剖分对应于不同形状的适应度景观，并揭示了所有的基因相互作用。该理论适用于艾滋病毒和果蝇的健身数据。在这两种情况下，我们的研究结果完善了早期的分析，并揭示了以前未检测到的基因相互作用。
2006-04-14 math.CO 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
Gene expression noise accelerates the evolution of a biological oscillator
基因表达是一个生物化学过程，其中随机结合和非结合事件自然产生基因动力学的波动和细胞间变异性。这些波动通常对适当的生物动力学和功能具有破坏性后果（例如，生物振荡器中的定时和同步的损失）。在这里，我们表明，基因表达噪声反直觉地加速了生物振荡器的进化，因此，可以赋予生物体的好处。我们使用计算机模拟进化两个机制模型的生物振荡器在不同水平的基因表达噪音。我们首先表明，基因表达噪声诱导的参数空间，不能在没有噪声的情况下振荡的区域中的类似于混沌的动力学。然后，我们证明，这些噪声引起的振荡产生一个适应度景观，其梯度稳健，快速引导进化突变走向强大和自我维持的振荡。这些结果表明，噪声可以帮助动力系统进化或学习新的行为，揭示了神秘的动力学表型以外的分歧点。
2022-03-21 math.DS nlin.AO q-bio.PE
The Effect of Mutators on Adaptability in Time-Varying Fitness Landscapes
这封信研究的准种动态的人口能够遗传修复进化的时间依赖的适应度景观。我们开发了一个模型，认为一个无性群体的单链，保守复制的基因组，其唯一的遗传变异来源是由于复制过程中的复制错误。我们考虑一个时间依赖的，单一的适应度峰值景观的主序列的变化由一个单一的点突变每次$ τ$。我们能够解析地解决人口的演化动力学的点突变极限。特别是，我们的模型提供了一个分析表达式的变异体的比例在动态适应度景观，同意从随机模拟的结果。
2008-01-15 q-bio.GN 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
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
Recombination and mutational robustness in neutral fitness landscapes
突变鲁棒性量化了随机突变对适应度的影响。当突变鲁棒性高时，大多数突变不会改变适应度或对适应度影响很小。从适应度景观适应度景观的角度来看，鲁棒基因型形成适应度几乎相等的神经网络。使用确定性群体模型，已经表明选择有利于这种网络内的基因型，这导致增加的突变鲁棒性。在这里，我们证明了这种效果是通过重组大大增强。我们的研究结果是基于一个详细的分析台面形的适应度景观，在那里我们推导出精确的表达式的重组和非重组人口的景观参数的鲁棒性的依赖。此外，我们进行了不同类型的随机多孔景观以及经验适应度景观的数值模拟。我们发现，基因型的突变鲁棒性一般与其重组权重，一个新的措施，量化的可能性基因型重组产生。我们认为，重组突变的鲁棒性的有利影响是一个高度普遍的功能，可能发挥了重要作用的出现和维持机制的遗传交换。
2019-10-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Exact Results for Amplitude Spectra of Fitness Landscapes
从适应度相关函数出发，我们计算了P.F. Stadler [J. Math.Chem.20，1（1996）]中描述了常见的景观模型，包括考夫曼的NK模型、粗糙的富士山景观和这些景观的一般线性叠加。我们进一步表明，与汉明距离呈指数衰减的相关性产生类似于最近报道的分子信号转导模型的指数衰减光谱。最后，我们比较我们的结果模型系统的光谱的各种实验测量的适应度景观。我们声称，我们的分析结果应该是有帮助的，当试图解释实证数据，并指导搜索改进的适应度景观模型。
2013-07-15 cond-mat.dis-nn 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
Analysis of adaptive walks on NK fitness landscapes with different interaction schemes
适应度景观是进化生物学和计算机科学中常用的基因型到适应度的映射，与自旋玻璃模型密切相关。在本文中，我们研究的NK模型的适应度景观，其中基因之间的相互作用方案可以显式定义。重点是这个方案如何影响景观的整体形状。我们的主要分析工具是自适应行走，一个理想化的动力学，人口向上移动的健身和终止于当地的健身最大值。我们使用三种不同类型的步行，并研究其长度（到达当地峰值所需的步数）和高度（步行终点的健身度）如何取决于景观的维度和结构。我们发现，局部极大值的分布在景观是特别敏感的相互作用模式的选择。我们测量的大多数量只是与方案的秩相关，其等于在沃尔什函数方面的适应度景观的扩展中的非零系数的数量。
2015-06-11 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Quasispecies Theory for Multiple-Peak Fitness Landscapes
我们使用路径积分表示解决本征和Crow-Kimura分子进化模型的情况下，多个健身峰与任意的健身和退化功能。在一般情况下，我们发现，这些分子进化模型的解决方案可以写为最佳的适应度函数，与拉格朗日乘子强制执行的约束和一个长期占序列空间中的扩散人口的熵。本征模型的结果被应用于考虑药物或免疫系统控制下的病毒或癌症增殖。
2006-08-15 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Red Queen Coevolution on Fitness Landscapes
物种不仅进化，它们还与其他生物共同进化。协同进化是推动相互作用的物种不断进化探索适应度景观的主要力量。协同进化涉及物种适应度景观的耦合，将物种遗传变化与种间生态相互作用联系起来。本文首先介绍了红皇后进化假说，并对其中的一些理论问题和经验证据进行了评述。作为健身景观概念的介绍，我们回顾了简单和崎岖的健身景观进化的关键问题。然后，我们提出了在不同尺度上不同适应度景观的协同进化的关键建模例子，从RNA病毒到复杂的生态系统和宏观进化。
2013-03-22 nlin.AO q-bio.PE
Exploring the effect of sex on an empirical fitness landscape
上位性的本质对性别和重组的进化意义有着重要的影响。最近的努力，发现负上位性的来源，负连锁不平衡和相关的长期性别优势，几乎没有得到支持。符号上位性，即等位基因适应性效应的符号在不同遗传背景下有所不同，是造成适应度景观崎岖的原因，对性别进化的影响在很大程度上尚未被探索。在这里，我们描述适应度景观两套无性真菌\emph{Aspergillus niger}涉及所有组合的五个突变。我们发现，$\sim 30$ %的单突变的健身效果是积极的，尽管他们在野生型菌株的负面影响，并存在几个本地健身的最大值和最小值。然后，我们比较适应性和无性种群的经验适应度景观使用模拟。结果表明，在这些崎岖的景观性别的普遍劣势，造成的崩溃重组的基因型逃离当地的高峰。性别有利于逃离局部峰值只有一些参数值在一个景观，表明其依赖于景观的地形。我们讨论了可能的原因，我们的研究结果和报告之间的差异更快的适应性人群。
2008-07-18 cond-mat.dis-nn 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
Geometry of fitness landscapes: Peaks, shapes and universal positive epistasis
本研究通过形状方法分析适应度景观几何，揭示了峰值模式与形状的相互作用约束，提出普遍正上位效应条件，并应用于链球菌免疫球蛋白结合蛋白的大型蛋白质适应度景观。
2023-04-10 math.MG q-bio.PE
Simple sign epistasis and evolutionary detours in fitness landscapes
UK Health Security Agency（英国卫生安全局）；Biomathematics and Statistics Scotland, The James Hutton Institute（苏格兰生物数学与统计学，詹姆斯·赫顿研究所）；Group of Complex Systems and Statistical Mechanics, Physics Faculty, University of Havana（哈瓦那大学物理学院复杂系统与统计力学小组）；System Modeling Group, Institute for Veterinary Epidemiology and Biostatistics, Freie Universitaet Berlin（柏林自由大学兽医流行病学和生物统计学研究所系统建模小组）；Accenture（埃森哲）；National University of General Sarmiento（圣萨尔米恩托国立大学）；Department of Biology, University of Oxford（牛津大学生物学系）；Institute for Biological Physics, University of Cologne（科隆大学生物物理学研究所）；Pandemic Sciences Institute and Big Data Institute, Nuffield Department of Medicine, University of Oxford（牛津大学纳菲尔德医学系大流行病科学与大数据研究所）
研究探讨了简单表型上位性在适应度景观中的作用，发现其与进化绕行有关，即通过间接路径达到适应度高峰。研究显示简单表型上位性在弱上位性景观中更常见，与理论预测一致。
2026-04-24 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Complexity of evolutionary equilibria in static fitness landscapes
一个适应度景观是一个遗传空间--如果两个基因型在一个位点上不同，它们就相邻--和一个适应度函数。演化动力学在这个景观上产生从低适应度到高适应度的流动;只有当找到局部适应度峰值时才达到平衡，我使用计算复杂性来质疑静态适应度景观上的进化可以快速达到局部适应度峰值的常见假设。为此，我证明了，当K >= 2时，粗糙适应度景观的流行NK模型是PLS完备的;加权2SAT的约简是自适应行走上的双射，因此存在NK适应度景观，其中来自某些顶点的每个自适应路径都是指数长度的。或者-在标准复杂性理论假设下，PLS中存在在多项式时间内不可解决的问题-这意味着没有演化动力学（已知或待发现，并且不一定遵循自适应路径）可以收敛到K = 2的所有NK景观上的局部适应度峰值。应用单纯形算法分析的结果，我证明了存在没有倒数符号上位性的单峰景观，其中遵循强选择弱突变动态的自适应路径的预期长度为$e^{O(n^{1/3})}$，即使从每个顶点都可以获得长度小于n的最佳自适应路径。技术成果的编写是为了让没有计算机科学背景的数学生物学家可以访问，生物学文献的总结是为了方便非生物学家，目的是在两个学科之间展开建设性的对话。
2013-08-23 cs.NE q-bio.PE
Polytopes, graphs and fitness landscapes
达尔文进化论可以被描述为一个在景观中的上坡行走，其中表面由基因型组成，高度坐标代表适应度，每一步都对应于一个点突变。上位性是适应理论中的一个重要概念，其定义大致为突变的适应性效应之间的依赖关系。最近的重要方法依赖于图和多面体。适应度图对于描述景观的粗糙属性非常有用，例如突变轨迹和峰的数量。该图已被用于相关的全球和本地属性的适应度景观。基因相互作用的几何理论，或形状理论，是研究上位性的最精细的方法。定义为任意数量基因座的多面体的三角剖分，取代了两个突变的正上位性和负上位性的既定概念。从形状可以识别最适合的群体，即，等位基因改组（重组）不会增加平均适应度的种群。图表和图表提供了补充信息。这些方法没有对潜在的适应度景观做出结构性假设，这使得它们非常适合于实证工作。
2013-05-07 q-bio.PE q-bio.QM
Evolutionary accessibility in tunably rugged fitness landscapes
在突变和选择的影响下，群体的适应性进化受到潜在的适应度景观的结构的强烈影响，适应度景观编码不同遗传位点的突变之间的相互作用。对这种景观的理论研究已经进行了几十年，但直到最近才有实验适应性测量，包括所有可能的小突变组合。实证研究产生了新的问题，最佳基因型的可及性下的自然选择。根据种群动态参数，如突变率和种群规模，进化的可及性可以量化通过统计的可及性突变途径（沿其适应性单调增加），或通过研究的吸引盆下的最佳基因型贪婪（最陡上升）动态。在这里，我们调查这两个措施的可访问性考夫曼的$LK$模型的框架，随机适应度景观与可调的坚固性的典范家庭。控制遗传相互作用强度的关键参数是基因型序列中每个$L$位点的相互作用配偶体的$K$数量。一般而言，可及性随着基因型维度$L$的增加而增加，并且随着相互作用$K$的数量的增加而降低。然而，值得注意的是，我们发现，一些措施的可访问性表现为非单调的函数的$K$，表明一个特殊的角色，最稀疏连接，非平凡的情况下K = 1和2。适应度景观和自旋眼镜模型之间的关系也得到了解决。
2012-10-17 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Evolutionary accessibility of modular fitness landscapes
适应度景观是从遗传序列空间到实数的映射，遗传序列空间在这里被建模为维度为$L$的二进制超立方体。我们考虑随机模型的适应度景观，其中的适应度值分配根据一些概率规则，并研究路径的统计特性的全局适应度最大值沿适应度单调增加。这些路径对进化很重要，因为当突变发生率较低时，它们是适应性种群唯一可访问的路径。本文的重点是A.S. Perelson和C.A. Macken [Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92：9657（1995）]，其中基因组被分解成独立地贡献于适合度的不相交的基因座（“模块”）集合，并且随机分配块内的适合度值。我们表明，可访问路径的数量可以写为块内的路径数的乘积，这提供了一个详细的分析描述的路径统计。块模型可以被看作是一个特殊的情况下，考夫曼的NK模型，我们比较分析结果与不同的遗传结构的NK模型的模拟。我们发现，在不同版本的模型中的平均可达路径数是非常相似的，但在块模型中，由于其乘法结构的路径数的分布是定性的不同。类似的陈述适用于NK模型中的局部适应度最大值的数量，这在以前的作品中已经被广泛研究。景观的整体进化可达性，作为量化的概率找到至少一个可达路径的全球最大值，是显着降低的模块化结构。
2014-02-04 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Predicting evolution and visualizing high-dimensional fitness landscapes
适应过程的节奏和模式在很大程度上取决于适应度景观的结构，为了能够预测进化结果（即使是短期的），我们必须比现在更了解现实适应度景观的本质。例如，为了知道进化是否主要沿着适应度向上移动的路径和中性脊，或者需要大量的山谷交叉，我们需要能够想象这些景观：我们必须确定景观中是否有峰，这些峰相对于彼此的位置，以及进化路径是否可以连接它们。这是一项艰巨的任务，因为遗传适应度景观（与基于性状的景观相反）是高维的，并且缺乏可视化这种景观的工具。在这方面的贡献，我们专注于崎岖的遗传适应度景观的进化的可预测性，并确定在这样的景观的高峰高度聚集：高峰主要是接近其他高峰。因此，将这些山峰分开的山谷是浅而窄的，使得朝向景观中最高峰的进化轨迹可以通过一系列山谷交叉来实现
2013-02-26 nlin.AO q-bio.PE
Greedy adaptive walks on a correlated fitness landscape
我们研究了在长度为$L$的二进制基因型序列上定义的适应度景观上的单倍体无性种群的适应性。我们考虑贪婪的自适应行走，其中人口移动到最适合的所有单突变邻居的当前基因型，直到达到一个局部的适应度最大。景观是粗糙的富士山型，这意味着分配给序列的适应值是随机和确定性分量的总和。随机分量是独立同分布的随机变量，确定性分量随到参考序列的距离线性变化。确定性适应度梯度$c$是在不相关随机景观（$c = 0$）和有效加性景观（$c \to \infty$）的极限之间内插的参数。当随机适应度分量从Gumbel分布中选取时，得到了贪婪行走步数分布的显式表达式，并证明了当起点足够接近参考序列时，行走长度随适应度梯度的强度非单调变化.随机适应度分量的一般分布的渐近结果得到使用极值理论，它被发现，步行长度达到一个非平凡的极限为$L \to \infty$，不同于其值为$c=0$和$c = \infty$，如果$c$是缩放与$L$在一个适当的组合。
2016-03-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The optimization and shock waves in evolution dynamics
研究了具有一般对称适应度景观的无限种群演化模型的最优动力学问题。由于进化动力学中具有平滑适应度景观的急剧过渡（如冲击波），即使在流行的二次适应度的情况下也存在这种平滑适应度景观，因此最优进化轨迹的搜索是复杂的。我们发现了精确的解析解的不连续动力学在大基因组长度的限制。我们找到了固定适应度景观的最佳突变率。单峰适应度景观给出了将绝大多数种群从初始序列发送到最终序列的邻域的最快动力学。
2009-08-17 q-bio.PE q-bio.QM
Critical properties of complex fitness landscapes
进化适应是一个过程，增加人口的适应适应度景观，它居住。因此，演化动力学是由这种适应度景观塑造、约束和引导的。人们已经做了很多工作来了解适应性种群的演化动力学，但对景观结构的了解要少得多。在这里，我们研究的全球和本地结构的复杂的适应度景观的相互作用的基因座，描述蛋白质折叠或相互作用的基因组形成的途径或模块。我们发现，在这些景观，高峰更有可能被发现附近的其他高峰，证实了考夫曼的“山中央”的假设。我们研究了群峰作为景观的崎岖度的函数，发现这种聚类允许峰形成相互连接的网络。这些网络经历了一个渗流相变作为最小峰高的函数，这表明，不超过两个突变，从峰到峰转移的进化轨迹可以跨越整个遗传空间。这些网络对崎岖景观的进化有影响，使适应在当地适应高峰上升后继续进行。
2010-06-15 q-bio.MN q-bio.PE
Scale-invariance of ruggedness measures in fractal fitness landscapes
本文论述了使用混沌直接轨迹的目标，并分析了由此产生的健身景观的坚固性和分形。目标问题制定为一个动态的适应度景观和四个不同的混沌映射产生这样的景观进行了研究。通过使用计算的方法，我们分析了景观的属性，并量化其分形和崎岖的特点。特别是，它示出的相关长度和信息内容的强度措施，如尺度不变和自相似。
2017-04-11 cs.NE nlin.CD q-bio.PE
Statistical Physics of Evolutionary Trajectories on Fitness Landscapes
多维非线性景观上的随机游动在科学和工程的许多领域都很有意义。特别是，自适应轨迹的适应度景观的属性决定人口的命运，从而发挥了核心作用，在进化理论。适应度景观的拓扑结构及其对演化动力学的影响已经在文献中得到了广泛的研究。我们将调查目前在这一领域的研究知识，集中在最近开发的系统的方法来表征路径长度，平均首次通过时间，和其他统计的路径合奏。这种方法基于统计物理学的一般技术，适用于任意复杂性和结构的景观。它特别适合于量化随机轨迹的多样性和进化事件的可重复性。我们使用蛋白质进化的生物物理模型来证明这种方法，该模型描述了蛋白质如何在进化新功能的同时保持稳定性。
2013-05-06 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Tipping points in fitness landscape of heterogeneous populations
本文借助金融资产定价模型构建异质种群适应度动力学框架，揭示表型可塑性与对冲策略的相互作用如何导致临界点及灾难性转变，并给出临界慢化标度律与特征恢复时间。
2024-10-23 physics.bio-ph physics.data-an q-bio.PE
Adaptation in tunably rugged fitness landscapes: The Rough Mount Fuji Model
目前的适应理论大多基于吉莱斯皮的突变景观模型（MLM），该模型假设由单个突变步骤连接的基因型的适应值是独立的随机变量。另一方面，越来越多的经验证据表明，真正的适应度景观，虽然拥有相当数量的崎岖，比传销预测的更平滑。在这篇文章中，我们提出并分析了一个简单的适应度景观模型与可调的坚固性的基础上粗糙富士山（RMF）模型最初介绍的Aita等人。[生物聚合物54：64-79（2000）]的蛋白质进化的背景下。我们提供了一个全面的收集结果有关的地形结构的RMF景观，包括明确的公式预期数量的局部适应性最大值，全球峰值的位置，和健身相关函数。主要通过模拟来探索RMF景观上的单个和多个自适应步骤的统计，并将结果与MLM模型中的已知行为进行比较。最后，我们表明RMF模型可以解释在最近的微绿噬菌体进化实验中在高度拟合的第一步背景上观察到的大量第二步突变[Miller等人，Genetics 187：185-202（2011）]。
2014-08-01 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Fluctuation relations and fitness landscapes of growing cell populations
我们构建了一个不断增长的细胞群体的路径制定，基于两个不同的采样人口内的谱系，即向前和向后采样。我们表明，一般的对称关系，称为波动关系，这两个采样，独立的模型用于产生分裂和生长的细胞群体。这些关系导致了人口增长率的估计，正如我们通过分析一组母机数据所证明的那样，这可能非常有效。这些波动关系导致一般和重要的不平等之间的平均数的分裂和人口的倍增时间。我们还研究了适应度景观，这是一个基于上述两个采样的概念，它量化了感兴趣的表型性状和分裂数之间的相关性。我们得到明确的结果时，性状的年龄或大小，年龄和大小控制的模型。
2021-11-02 physics.bio-ph q-bio.PE
