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
Noise-induced stabilization and fixation in fluctuating environment
被认为是一个两个物种社区的$N$竞争的个人的动态，强调环境变化的作用，连贯地影响整个种群的健身。固定的突变体群体（特别是，一个单一的突变体）的机会计算作为一个函数的平均相对健身的突变体，健身变化的幅度和它们的典型持续时间。我们强调本地竞争的情况下，全球竞争的情况下之间的区别;在后者的噪声诱导的稳定机制产生一个单一的突变体的固定的机会更高。这种区别在弱选择阶段变得很明显，在弱选择阶段，单个有害突变体的固定机会对于全局竞争是$N$独立常数，而在局部竞争情况下则像$(\ln N)^{-1}$一样衰减.长期持久性的可能性${\cal O} (N)$次优（和precaution-prone）的人口进行了讨论，以及其相关性随机隧道之间的健身高峰。
2018-01-30 q-bio.PE
Invasion of cooperation in scale-free networks: Accumulated vs. average payoffs
众所周知，合作不可能是一个进化稳定的策略，在一个非迭代博弈的混合人口。相比之下，结构化种群更倾向于合作，因为合作者可以通过形成局部集群而使彼此受益。先前的研究表明，无标度网络强烈促进合作。然而，对无标度网络中合作的入侵机制知之甚少。为了研究合作者入侵的微观和宏观行为，我们在无标度网络中进行了合作演化的计算实验，其中，从所有的叛逃者开始，合作者可以通过突变自发出现。由于进化动力学受适应度定义的影响，我们测试了两种常用的适应度函数：累积收益和平均收益。仿真结果表明，与平均支付适应度相比，累积支付适应度大大增强了合作。然而，两个函数之间的差异随着平均度的增加而减小。随着平均度的增加，合作度随着累积支付适应度的增加而减少，随着平均支付适应度的增加而增加。此外，在平均支付适应度的情况下，低度节点在传播合作策略方面比在累积支付适应度的情况下发挥更重要的作用。
2017-04-05 nlin.AO physics.soc-ph q-bio.PE
Invasion, polymorphic equilibria and fixation of a mutant social allele in group structured populations
合作者和背叛者的稳定混合物在自然界中经常可见。这一事实与基于弱选择下线性公共产品博弈的预测不一致。这种模式意味着合作者或背叛者的固定，而前一种情况要求群体相关性高于成本/收益比，因此只有在亲属认可或成本/收益比非常低的情况下，或者在基因流动较低的严格条件下，才能预期。这促使我们在这里研究社会进化的一大类群体结构的人口，任意多个个体之间的相互作用，群体成员和群体之间的随机迁移。在弱选择的假设下，分析了系统的平衡点及其稳定性。对于一些重要的非线性适应度函数的社会演化模型，包括在迭代公共产品博弈和阈值模型的权变行为，我们表明，三个政权发生，这取决于群体之间的迁移率。对于足够高的迁移率，一个罕见的合作等位基因A不能侵入一个单态的群体的反社会等位基因N。对于足够低的迁移率值，等位基因A可以入侵种群，当罕见时，然后固定，消除N。对于迁移率的中间值，等位基因A可以侵入群体，当罕见时，产生多态性平衡，其中它与N共存。平衡及其稳定性不依赖于人口结构的细节。迁移（基因流动）和群体相关性的水平允许合作等位基因的入侵，从而导致与非合作等位基因的多态性平衡，这在自然界中是常见的。
2012-11-14 q-bio.PE
The Fates of Mutant Lineages and the Distribution of Fitness Effects of Beneficial Mutations in Laboratory Budding Yeast Populations
进化的结果取决于突变的发生和修复。在快速适应的微生物种群中，这一过程特别难以预测，因为具有不同有益突变的谱系通常同时传播并干扰彼此的固定。因此，为了预测任何个体变异的命运，我们必须知道新突变创造出具有更高适应性的竞争谱系的速率。在这里，我们直接测量了这种干扰对实验室酿酒酵母种群中特定适应性变体命运的影响，并使用这些测量结果来推断新的有益突变的适应性效应的分布。为了做到这一点，我们将具有不同适应性优势的标记谱系接种到复制种群中，并跟踪其随后的频率数百代。我们的研究结果说明了强烈有利的血统之间的过渡，决定性地扫到固定和更温和的优势血统，往往是在实验过程中出现的新突变的竞争。我们开发了一个近似的可能性框架，将我们的数据与模拟进行比较，发现这些竞争性有益突变的影响最好用指数分布来近似，而不是用单一效应大小来近似。然后，我们使用这个推断的分布的健身效果来预测一组独立的控制种群的适应率。最后，我们讨论了我们的实验设计如何作为一个罕见的，大效应的有益突变的屏幕。
2014-02-13 q-bio.PE
The Impact of Time Delay on Mutant Fixation in Evolutionary Games
本研究探讨时间延迟对进化博弈中突变体固定的影响，通过吸收马尔可夫链分析Moran过程，发现延迟降低猎鹿和囚徒困境的固定概率但增加雪堆博弈，且固定时间趋势相反。
2024-03-14 q-bio.PE
Symmetric competition as a general model for single-species adaptive dynamics
自适应动力学是一个广泛使用的框架，用于模拟连续表型的长期进化。它是基于入侵适应度函数，确定选择梯度和自适应动力学的正则方程。即使从一个给定的入侵适应度函数的自适应动态的推导是通用的和模型无关的，入侵适应度函数本身的推导需要一个底层的生态模型的规格。因此，从自适应动态模型中获得的进化见解通常是依赖于模型的。对称的，频率依赖的竞争的逻辑模型被广泛用于这方面。这类模型具有这样的性质，即从它们导出的选择梯度是标量函数的梯度，这反映了相应的入侵适应度函数的某种梯度性质。我们表明，任何自适应动力学模型，这是基于一个入侵适应度函数与此梯度属性可以转化为一个广义对称竞争模型。这提供了一个精确的描绘竞争模型得出的结果的一般性。粗略地说，要理解满足一定梯度条件的模型类的自适应动力学，只需要完全理解对称的、依赖于频率的竞争的自适应动力学。我们展示了如何将这一结果应用于进化理论中的一些基本问题。
2012-04-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Continuously stable strategies as evolutionary branching points
进化分支点是适应性动态的一个典型特征，因为它们是适应性多样化的潜在起点。进化分支点的对立面是连续稳定策略（CSS），它是自适应动态的收敛稳定和进化稳定的平衡点，因此被认为是自适应过程的端点。然而，这种评估是基于确定自适应动态的入侵适应函数在CSS处具有非零二阶导数的情况。在这里，我们表明，进化分支的范围可以增加，如果入侵健身功能消失，高于一阶在CSS。使用一类经典模型的频率依赖的竞争，我们表明，如果入侵健身消失到更高的订单，CSS可能是进化分支的起点，唯一的额外要求，突变类型需要达到一定的阈值频率，这可能会发生，例如，由于人口统计随机性。因此，当入侵适应度函数消失到高于一阶的自适应动态平衡点时，即使在收敛到进化稳定策略后也会发生进化多样化。
2010-05-21 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
Seed Selection in the Heterogeneous Moran Process
本文研究异质 Moran 过程中最大化突变体固定概率的种子选择问题，证明其强不可近似，并在突变体偏好网络中利用次模性给出贪心 $(1-1/e)$ 近似。
2024-05-10 cs.CC cs.DS cs.SI
Invasion Dynamics in the Biased Voter Process
投票者过程是对突变性状$A$（例如，新的观点、信仰、传说、基因突变、磁自旋）（例如，人、基因、粒子），其共享驻留特性$B$，分布在图的节点上。一个智能体可以在任何时候采用它的一个邻居的特征，而入侵偏好$r\in(0,\infty)$量化了相对于$B$采用$A$的对（$r>1$）或对（$r<1$）的随机偏好。成功是根据固定概率来衡量的，即，最终所有代理都采用突变性状$A$的概率。在本文中，我们研究的问题的固定概率最大化在这个模型下：给定一个预算$k$，找到一组$k$代理发起的入侵，最大化的固定概率。我们证明了该问题是NP-困难的$r>1$和$r<1$，而后者的情况下也是不可近似的任何乘法因子。在积极的一面，我们表明，当$r>1$，优化功能是submodular的，因此可以greatly近似内的一个因素$1-1/e$。一些建议的ecologistics的实验评价证实了我们的结果。
2022-05-02 cs.CC cs.DS cs.GT
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
More can be better: An analysis of single-mutant fixation probability functions under $2\times2$ games
演化博弈论通过考虑进化过程中频率依赖的适应度，已被证明是探索集体行为自组织的有力工具。它表明，策略的稳定性不仅取决于每次遭遇后获得的收益，而且还取决于人口的规模。在这里，我们研究$2\times2$游戏在混合有限人口分析固定概率的单一突变体的人口规模的函数。我们证明了24个可能的游戏中有9个总是导致单调递减的函数，类似于固定的健身场景。然而，在12种不同的反协调、协调和优势游戏下，固定功能显示出增加的区域。也许与直觉相反，这表明单突变策略往往受益于更大的群体。从全局最小值增加到正渐近值的固定函数是普遍存在的，但可能很容易被弱选择限制所掩盖。我们获得了足够的条件来观察固定增加的小种群和三种不同的方式，这可能会发生。最后，我们描述了在中等人口规模下以两个极端为边界的区域不断增加的注视函数。我们将它们的发生与从一个全局极端到其他形状的过渡相关联。
2022-11-29 q-bio.PE
The continuous limit of the Moran process and the diffusion of mutant genes in infinite populations
我们考虑所谓的Moran过程的频率依赖的适应度由一定的支付矩阵。对于有限总体，我们证明了最终状态必须是齐次的，并展示了如何计算固定概率。接下来，我们考虑无穷总体极限，并讨论漂移扩散极限的适当标度。在这种情况下，退化的抛物型偏微分方程，在频率无关的适应度的特殊情况下，恢复著名的木村方程在群体遗传学。然后，我们证明了相应的初值问题是适定性的，离散模型收敛到PDE模型的总体规模趋于无穷大。我们还研究了一些博弈论方面的动态和最佳策略的特点，在适当的意义上。
2006-02-23 math.AP q-bio.PE
Huge progeny production during the transient of a quasi-species model of viral infection, reproduction and mutation
Eigen的准种模型将病毒描述为高适应性“主”基因型的不同突变体的集合。突变体被认为具有比主类型更低的适应度，但它们与主类型共存，形成准物种。当突变率足够高时，主种不再存活，并被广泛的突变类型所取代，从而摧毁了准种。这就是所谓的“错误灾难”。但是自然选择作用于表型，而不是基因型，大量的基因型产生相同的表型。一个重要的结果是有益突变的出现，增加了突变体的适应性。最近提出了一个模型来描述存在有益突变的准物种。该模型缺乏Eigen模型的错误灾难，并预测病毒种群呈指数增长的稳定状态。只有当准种的传染性低到指数为负时，灭绝才会发生。在这项工作中，我调查的瞬态时，这个模型的感染是从少量的低健身病毒粒子。我证明，在病毒种群减少（并可能灭绝）的初始状态之外，种群的增长是超指数的。因此，这个群体很快变得如此庞大，以至于在达到稳定状态之前，由于缺乏待感染的宿主细胞而开始进行选择。这一结果表明，病毒感染可能在病毒形成其最佳形式之前就已广泛传播。
2010-11-09 physics.bio-ph 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
Close spatial arrangement of mutants favors and disfavors fixation
从微生物群落到人类社会，合作在生物系统的各个层面都是普遍存在的。然而，它似乎与进化论相矛盾，因为合作者被搭便车者利用，因此不受自然选择的青睐。许多基于演化博弈论的研究试图解决这一难题，并找出合作存在的原因以及合作是如何出现的。网络互惠是促进合作的机制之一，其中节点是指个人，链接是指社会关系。突变个体的空间排列是指突变体的聚集，在网络互惠中起着关键作用。此外，许多其他支持合作的机制表明，突变体的聚类在突变体的扩展中起着重要作用。然而，突变体的聚集和游戏动态通常是耦合的。目前还不清楚突变体的聚集如何单独改变演化动力学。为此，我们采用了一个最小的模型与频率无关的健身一个圆圈。它从博弈动力学中解开了突变体的聚类。两个突变体在圆上的距离被用作突变体或品种聚类的自然指标。我们发现，与分离的突变体相比，组合是对连接突变体选择的放大器。然而，由于突变体是分散的，突变体越分散，入侵的机会就越大。它引起了聚类的非单调效应，这是违反直觉的。另一方面，我们发现不太稳定的突变体加快了固定。我们的模型表明，突变体的聚类在固定中起着重要的作用，即使没有游戏互动也会出现这种作用。
2019-08-21 cs.CE q-bio.PE
Join forces or cheat: evolutionary analysis of a consumer-resource system
在这项工作中，我们研究了一个消费者资源系统的年度特征的行为突变体入侵的过程中的一个例子。也就是说，个体在被冬季隔开的固定长度的季节中活动。所有个体在季节结束时死亡，下一代的大小取决于上一个季节产生的后代数量。消费者产生未成熟后代的速度取决于它们的内部能量，这些能量可以通过喂养来增加。资源的再生产只是以恒定的速率发生。首先，我们考虑一个消费者群体最大化他们的共同适应度，所有消费者都是具有相同目标函数的个体，并为共同利益而行动。我们假设一小部分消费者群体可能在一个季节开始时出现，并开始表现为主要群体中的突变体。我们研究这种入侵是如何发生的。
2010-06-14 math.OC q-bio.PE
Evolutionary dynamics on strongly correlated fitness landscapes
我们研究了自复制序列在强相关适应度景观上的不适应种群的演化动力学。每个序列被假定为由相等长度的块组成，并且其适应度由四个独立块适应度的线性组合给出。突变影响单个块的适应度贡献，而其他块保持不变，从而引起亲本和突变体适应度之间的相关性。在这种强相关的适应度景观，我们计算的动态特性，如跳跃的数量在人口最多的序列和时间分布的最后一跳，表现出平方反比的依赖性，在不相关的适应度景观的演变。我们还获得了精确的结果，相关的随机变量的记录和极值的分布。
2010-09-08 cond-mat.stat-mech 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
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
Stochastic dynamics of three competing clones: Conditions and times for invasion, coexistence and fixation
在大的克隆种群中，几个克隆通常会竞争，这导致复杂的进化和生态动态：实验表明连续的选择性扫描有利的突变以及长期共存的多个克隆株。几个竞争菌株共存或固定的机制很少被研究。共存的条件主要由种群和群落生态学研究，而入侵和固定的速率主要由群体遗传学研究。为了提供一个全球性的理解，在大型克隆种群中观察到的动态的复杂性，我们开发了一个随机模型，三个克隆竞争。竞争相互作用可以是不传递的，我们假设菌株通过突变或罕见的移民进入种群。我们首先描述所有可能的最终状态的人口，包括稳定共存的两个或三个菌株，或固定的一个单一的菌株。其次，我们估计了一个有利的突变体（或移民）进入人口在一个单一的拷贝的入侵和固定时间。我们表明，入侵和固定可以更慢或更快时，考虑复杂的竞争相互作用。第三，我们探索参数空间假设先验分布的繁殖，死亡和竞争率，我们估计可能的动态的可能性。我们表明，当突变可以影响竞争的相互作用，即使是轻微的，稳定的共存是可能的。我们讨论了我们的研究结果的背景下，大型克隆种群的演化动力学。
2019-03-28 q-bio.PE
Spatial variability enhances species fitness in stochastic predator-prey interactions
利用二维蒙特卡罗模拟研究了空间变化的反应速率对空间随机两种群Lotka-Volterra格子模型的影响.这种猝灭的随机性对人口密度，瞬态振荡，空间相关性和入侵锋的影响进行了研究。我们发现，在捕食率的空间变异导致更多的本地化活动补丁，这反过来又会导致一个显着增加的渐近种群密度的捕食者和猎物，加速前传播。
2008-11-20 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Modeling stochastic clonal interference
我们研究了几个有利的突变体之间的竞争在无性群体（克隆干扰）作为一个功能的突变体的外观，其选择优势，和有害突变率之间的时间。我们发现，固定的总概率（至少有一个突变体成为整个种群祖先的概率）不依赖于这些突变体出现之间的时间间隔，并且等于携带所有这些突变的基因型达到固定的概率。这一结果也适用于有害突变的存在，以及任意数量的竞争突变体。我们还表明，如果突变干扰，固定事件的平均数量的增加与人口的预期健身增益下降。
2003-04-30 physics.bio-ph q-bio.PE
Sex-specific recombination rates and allele frequencies affect the invasion of sexually antagonistic variation on autosomes
新的性拮抗等位基因的引入和持续存在可能取决于男性和女性之间不同的因素。了解两位点模型中的入侵条件可以阐明这些过程。例如，选择可以对性别产生不同的作用，或者性连锁可以促进遗传变异的入侵，从而在性别之间产生相反的适应性效应。值得进一步关注的两个因素是重组率和等位基因频率--这两个因素在两性之间都有很大的差异。我们发现，性别特异性重组率在一个双位点二倍体模型可以影响入侵结果的性拮抗等位基因和性别平均重组率不一定足以预测入侵。我们证实，允许的重组率的范围是较小的性别受益于入侵和较大的性别入侵伤害。然而，在侵入空间内，雄性重组率可以大于、等于或小于雌性重组率，以便雄性有益、雌性有害的等位基因侵入（并且类似地对于雌性有益、雄性有害的等位基因）。我们进一步表明，一个新的，性拮抗等位基因，也与降低重组率可以更容易地入侵时，存在于双杂合子基因型。最后，我们发现居民等位基因频率的性二态性可以影响新的性拮抗等位基因在第二个位点的入侵。我们的研究结果表明，占性别特异性重组率和等位基因频率可以确定入侵和非入侵的新的性拮抗等位基因在两个位点的模型之间的差异。
2013-10-19 q-bio.PE
Length of adaptive walk on uncorrelated and correlated fitness landscapes
我们考虑了一个无性种群在崎岖的适应度景观上上坡行走的适应动力学，该景观具有大量的局部适应度峰值。我们工作在一个参数制度，只有那些突变是单突变的距离是可访问的，作为一个结果，人口最终被困在一个局部的适应度最大值和自适应步行终止。我们研究了在达到局部适应度峰值之前，种群所采取的自适应步骤的数量如何取决于种群的初始适应度、有益突变的极值分布以及适应度之间的相关性。假设连续步骤之间的相对适应度差异很小，对于给定的初始适应度，我们分析计算所有极值域中不相关和相关适应度的平均步行长度。我们提出了数值结果的模型，其中的适应度差异可以很大，并发现步行长度的行为不同于前一个模型中的Fréchet域的极值理论。我们还讨论了我们的结果的相关性，微生物实验。
2014-08-19 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Compensatory mutations cause excess of antagonistic epistasis in RNA secondary structure folding
背景资料：生物体基因组积累随机突变时，适应性下降的速度是几种进化理论中的一个重要变量。在直觉层面上，随机突变应该倾向于协同地相互作用，这样平均适应度下降的速度随着随机突变数量的增加而加速，这似乎是自然的。然而，在最近的一些研究中，已经观察到拮抗上位性的流行（多个突变具有减轻而不是加强作用的趋势）。结果如下：我们通过测量中性突变体的比例作为突变距离d的函数，在计算机上研究了RNA二级结构折叠中上位相互作用的净数量和形式。我们发现了一个明确的普遍存在的拮抗上位性RNA二级结构折叠。通过将距离d处的中性突变体的分数与距离d处的平均中性相关联，我们表明，这种患病率来自于在较大的突变距离处存在许多补偿突变。结论：我们的研究结果意味着，在简单的健身景观的上位性的平均方向是直接相关的密度与健身峰分布在这些景观。
2003-02-18 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Adapt or perish: Evolutionary rescue in a gradually deteriorating environment
我们调查的微生物种群在逐渐恶化的环境中的进化救援，通过分析计算和随机模拟相结合。我们考虑一个在没有突变体的情况下注定要灭绝的种群，只有在突变体充分适应新环境的情况下才能生存下来。我们发现，在环境恶化过程中出现较晚的突变体有更高的修复概率。种群的挽救概率随着承载力和突变概率的乘积的增加而呈S形增加。此外，我们发现，救援变得更有可能为较小的人口规模和/或突变概率，如果环境退化是缓慢的，这说明了环境退化的速度对人口的命运的关键影响。我们还表明，我们的主要结论在各种类型的适应性突变体中是稳健的，包括专家和通才突变体，以及模拟抗菌素耐药性进化的突变体。我们进一步表达了确实拯救种群的突变体的平均出现时间和不拯救种群的突变体的平均灭绝时间。我们的方法可以应用于其他情况下连续可变的适应度和人口规模，我们的分析预测是有效的弱到中等突变制度。
2020-08-25 q-bio.PE
Fixation probability on clique-based graphs
用Monte-Carlo方法计算了Moran过程的演化动力学中突变体在几类基于图的图上的固定概率。结果表明，在小轮团比和无限大的情况下，利用广义轮团图可以实现对固定的完全抑制。突变体的染色体臂图随适应度的增加由放大器变为抑制器。我们证明了一个图的整体结构可以更重要的是确定固定概率比的程度或热的异质性。讨论了第一个突变体位置对固定概率的依赖性。
2017-11-13 physics.soc-ph q-bio.PE
Evolutionary advantage of small populations on complex fitness landscapes
背景资料：最近的实验和理论研究表明，在复杂的适应度景观适应度景观上进化的小型无性种群，由于适应性轨迹的异质性增加，可能比大型种群获得更高的适应度。在这里，我们介绍了一类单倍体三位点适应度景观，允许调查这种情况下，在一个精确和定量的方式。结果如下：我们的主要结果分析表明，选择最大的初始适应度增加的路径的概率与人口规模的增长。这使得大种群更有可能陷入局部适应度峰值，并意味着小种群在中间时间尺度上的优势。这种效应起作用的种群大小范围与克隆干扰的发生相吻合。使用随机适应度景观合奏的其他研究表明，取得的结果为一个特定的选择三个位点的景观参数是强大的，也坚持作为位点的数量增加。结论：我们的研究表明，当适应度景观包含局部最大值时，小群体可能具有优势。优势出现在中间的时间尺度，这是足够长的捕获在当地的适应度最大值已经发生，但太短的峰值逃逸的创建多个突变体。
2011-02-23 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Temporal and dimensional effects in evolutionary graph theory
通过人口的突变在时间上的传播进行了研究分析和计算在完全连接的网络和空间格。在D-维超立方格中，种群数N为N^{（D+1）/D}，在全连通图中，种群数N为N ln N的情况下，一个有利的突变达到支配标度的时间t *.结果表明，突变体和非突变体之间的界面的表面是至关重要的预测系统的动力学。网络拓扑结构对含有多个突变和有性生殖的简单种群模型的平衡适应度有重要影响。包括补充资料。
2007-02-27 q-bio.PE
Evolutionary game theory elucidates the role of glycolysis in glioma progression and invasion
肿瘤进展已被描述为如果赘生物成为侵袭性和恶性癌症，则细胞必须获得的一系列性状或表型。虽然导致这些表型的基因突变是随机的，但其中一些突变成功和扩散的过程受到肿瘤微环境和其他表型的影响。因此，在肿瘤进展中必不可少的一些表型可能仅在先前存在其他不同表型的情况下才出现在肿瘤群体中。在本文中，我们使用演化博弈论来分析三种不同的肿瘤细胞表型之间的相互作用定义的自主生长，无氧糖酵解，和癌细胞的侵袭。该模型允许了解胶质瘤进展的某些特定方面，例如在低级别肿瘤中出现弥漫性肿瘤细胞侵袭。我们发现，侵袭性表型更可能在糖酵解表型出现后演变，这将解释恶性肿瘤中普遍存在的侵袭性生长。结果表明，增加转换为无氧糖酵解的适应性成本的疗法可能会降低出现更具侵袭性表型的可能性。
2008-10-27 q-bio.PE q-bio.TO
Adaptation dynamics of the quasispecies model
我们研究的适应动力学的最初不适应的人口演变通过突变和选择的基本过程。进化发生在崎岖的适应度景观上，这些景观定义在多维基因型空间上，并且具有许多由低适应度谷分隔的局部峰。我们主要集中在本征模型，描述了确定性动力学的无限数量的自我复制分子。在稳定状态下，对于小的突变率，这样的群体形成{ \it准种}，其由最适合的基因型及其密切相关的突变体组成。崎岖适应度景观上的准种动态遵循间断（或阶梯状）的模式，即种群从低适应度峰值跳到高适应度峰值，在那里停留相当长的时间，然后再次移动峰值，最终达到适应度景观的全局最大值.我们精确地计算了这个动力学过程中的几个性质的简化版本的准物种模型。
2008-02-27 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Most undirected random graphs are amplifiers of selection for Birth-death dynamics, but suppressors of selection for death-Birth dynamics
我们在图上分析演化动力学，其中节点代表种群中的个体。节点的链接描述了哪些其他个体可以被该节点上的个体的后代所取代。选择放大器是有利突变体的固定概率增加而不利突变体的固定概率减少的图。已经开发了一些这样的放大器的例子，但到目前为止还不清楚有多少这样的结构存在以及如何构建它们。在这里，我们表明，几乎任何无向随机图是一个放大器的选择，死亡更新，其中一个人被选择繁殖的概率成正比的健身和它的邻居之一是随机取代的后代。相反，如果我们关注死亡-出生更新，其中随机个体被移除，其邻居竞争空位，那么同一个图的集合几乎只包含选择的抑制子，其固定概率对于有利突变体降低，对于不利突变体增加。因此，种群结构对演化动力学的影响是一个微妙的问题，它将取决于潜在进化过程中看似次要的细节。
2016-10-26 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
ESS for life-history traits of cooperating consumers facing cheating mutants
我们考虑一个由相同的个体组成的种群捕食一种可耗尽的资源。种群中的个体选择一种策略，该策略定义了它们在生命过程中如何利用可用时间进行喂养、繁殖（比如产卵）或在这两种活动之间分配能量。我们在这里假设它们的生命持续一个完整的季节，因此所选择的策略导致在整个季节中产生一定数量的蛋。这个数字有助于定义种群的长期进化，因为鸡蛋构成了下一个季节种群的基础。然而，在本文中，我们严格集中在一个赛季内发生的事情，通过考虑两种可能的策略：集体最佳和不可侵犯的战略。（集体）最优策略包含一个奇异弧，它具有一定的资源节约特征，并且从长期来看，可能导致均衡。然而，它很容易受到入侵的贪婪的突变免费乘坐这种资源节约战略。因此，“最优”策略不是进化稳定的。因此，我们使用第一个ESS条件（“纳什-沃德罗普条件”）来寻找进化稳定的策略。这产生了一个不同的奇异弧和一个节省资源较少的策略。不幸的是，我们在即将发表的论文中指出，虽然它是一个ESS，但它不是长期（跨季节）可持续的。这是经典的“公地悲剧”的一个例子。在本文中，我们还研究了是否可以解释的人口份额使用纯策略的奇异弧上的混合策略。答案是否定的。
2010-06-18 math.OC q-bio.PE
Navigating Uncertainty: Risk-Averse vs. Risk-Prone Strategies in Populations Facing Demographic and Environmental Stochasticity
本文研究在环境与种群统计随机性下，单个突变体入侵有限常驻种群时，方差规避与方差偏好策略如何影响其固定概率，并探讨其与赌注对冲理论的异同。
2024-09-24 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Rare events in population genetics: Stochastic tunneling in a two-locus model with recombination
我们研究了两个基因座基因型空间中的种群进化，其中两个单突变的负面影响在高适应度的双突变体中得到过度补偿。我们讨论了如何有限的人口规模，$N$，性重组率$r$的相互作用影响逃逸时间$t_\mathrm{esc}$的双突变。对于小群体，人口统计学噪声产生$t_\mathrm{esc}$的巨大波动。平均逃逸时间随$r$的变化呈非单调变化，当超过临界值$r^\ast$时，平均逃逸时间随$\ln t_{\mathrm{esc}} \sim N(r - r^\ast)^{3/2}$呈指数增长。
2011-02-22 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Survival of the flattest in the quasispecies model
Université de Bourgogne（勃艮第大学）
拟物种模型中通过精确计算揭示了‘最平坦者生存’现象的数学基础与适应度景观扩展。
2024-08-20 math.PR q-bio.PE
Minimal models of invasion and clonal selection in cancer
在这篇论文中，我们开发了运动，生长和癌细胞的演变之间的关系的最小模型。我们利用简单的模拟群体的单个细胞在空间中，以研究如何在机械性能的变化，侵入性细胞及其周围环境可以影响细胞迁移的速度。我们还发现，大病灶的生长速度依赖于逃逸细胞的迁移速度弱，并具有更强和更复杂的依赖于模型中的其他随机过程的速率，即细胞过渡到能动的速率和细胞停止能动的反向速率。为了研究癌性病变集合的生长和演变速率如何取决于其几何形状和潜在的适应度景观，我们开发了一个分析框架，其中空间结构是粗粒度的，并且癌症被视为具有随机迁移事件的连续生长系统。这两种方法的结论是，整个合奏可以进行迁移驱动的指数增长，而不管依赖于时间的大小的个别病变，和增长率和迁移率之间的关系是由个别病变的几何约束。我们还发现，线性适应度景观导致集成的增长速度超过指数，我们可以确定在模型的几个重要情况下存在的驱动突变的预期数量。最后，我们研究了一项新的低剂量联合化疗有效性的临床研究数据。这使我们能够测试一些关于胰腺癌生长速度和现实中进化速度的重要假设。尽管如此，我们发现耐药突变体的频率太高，如果不诉诸于对多种药物的交叉耐药的新机制，就无法解释。
2020-05-19 cond-mat.soft q-bio.PE q-bio.TO
Stochastic tunneling and metastable states during the somatic evolution of cancer
当增殖细胞群体积累一定数量和类型的遗传和/或表观遗传改变时，肿瘤开始。这种连续获得（表位）遗传改变的种群动力学一直是许多研究的主题。随机隧道效应的现象，即序列中的中间突变体在产生双突变体之前没有达到群体中的固定，已经使用各种计算和数学方法进行了研究。然而，该领域仍然缺乏全面的分析描述，因为固定时间的理论预测仅适用于第二突变体有利的情况。在这里，我们研究随机隧道的Moran模型。通过分析大种群的确定性动力学，我们系统地确定了现有方法捕获的参数机制。我们的分析还揭示了适应度景观和突变率，其中有限的人口被发现在长寿命的亚稳态。在这些景观中，最终的突变体在序列中不是最有利的，并且由此产生的亚稳态是突变选择平衡的结果。从这些状态的逃逸是由固有噪声驱动的，它们的位置影响隧穿的概率。现有的方法不再适用。在这些机制中，从亚稳态的逃逸是关键的瓶颈;固定不再受到成功突变谱系出现的限制。我们使用所谓的Wentzel-Kramers-Brillouin方法来计算固定时间在这些参数制度，成功地验证了随机模拟。我们的工作填补了以前的方法留下的空白，并提供了一个更全面的描述，在体细胞群体中获得多个突变。
2015-04-08 q-bio.PE
On the stochastic evolution of finite populations
这项工作是对用于描述两类种群进化的离散马尔可夫链的系统研究。受著名的Moran（M）和Wright-Fisher（WF）过程的结果的启发，我们定义了一类一般的马尔可夫链模型，我们称之为Kimura类。它包括大多数的模型中使用的群体遗传学，我们表明，许多著名的结果有效的M和WF过程仍然是有效的，在这一类。在所有的木村过程中，突变基因将固定或灭绝，我们提出了一个必要和充分条件，这样的过程中有固定的概率严格增加的突变体的初始频率。这个条件意味着有固定概率递减的WF过程-与固定概率严格递增的M过程相反。作为一个副产品，我们表明，增加固定概率定义唯一的M或WF过程实现它，任何固定概率，没有状态具有平凡的固定可以实现至少一些WF过程。这些结果被扩展到一个子类的过程，适合于描述时间非齐次动力学。我们还讨论了在演化博弈论中广泛使用的频率依赖适应度和支付的传统识别，当种群有限时弱选择的作用，以及进化过程中的跳跃和频率依赖适应度之间的关系。
2017-04-13 q-bio.PE
Early appraisal of the fixation probability in directed networks
在演化动力学中，一个突变在单个个体中发生并扩散到整个种群的概率被称为固定概率。一般来说，在给定突变体的适应度和控制突变传播的拓扑约束的情况下，不可能通过分析找到固定概率，因此人们求助于模拟。根据所使用的拓扑结构，在每个模拟事件中可能需要大量的进化步骤，特别是在那些以仅包含突变体的群体结束的模拟事件中。我们介绍了两种技术，以加快固定概率的测定。第一种方法跳过所有突变体数量不变的进化步骤，从而大大减少了每个模拟事件的步骤数量。这种技术在计算上对于一些所谓的分层网络是有利的。第二种技术不限于分层网络，它包括中止任何突变体数量增长超过某个阈值的模拟事件，并将该事件视为导致突变的总传播。对于大的人口，无论网络的拓扑结构，我们证明，无论是分析和模拟的手段，使用约100个突变体的阈值，导致固定概率的估计，偏离没有显着的方式从得到的全面的模拟。我们已经观察到两个数量级的10000个节点的分层网络的加速。
2010-05-18 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
When do microscopic assumptions determine the outcome in evolutionary game dynamics?
有限种群中的进化博弈动力学模型需要确定策略如何传播的微观过程。这些过程的确切细节通常在没有进一步考虑的情况下选择。不同类型的微观模型，特别是包括基于适应度的选择规则和基于模仿的动态，经常被使用，好像它们是可互换的。我们挑战这一观点，并调查这些选择在微观层面上有多强大。专注于一个关键的宏观观察，一个单一的突变体接管野生型个体的人口的概率，我们表明，有一个独特的一对基于适应度的过程和模仿过程导致相同的结果，为任意游戏和所有强度的选择。这突出表明在微观一级作出任意选择而不考虑宏观一级后果的危险。
2014-06-16 q-bio.PE
Stochastic evolutionary dynamics in structured populations: Network degree governs evolutionary stability
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究在随机正则网络上建立三策略博弈的进化稳定性判据，发现网络度阈值及多类型突变体初始组成与随机性共同决定常驻群体的进化命运。
2026-10-07 physics.soc-ph q-bio.PE q-bio.QM
Methods for approximating stochastic evolutionary dynamics on graphs
种群结构对进化有重要影响。对于一些具有足够对称性的系统，可以在进化图论的数学框架内导出与进化过程的结果相关的分析结果。然而，对于更复杂的异质结构，需要计算密集型的方法，如基于个体的随机模拟。通过调整统计物理的方法，包括矩封闭技术，我们首先展示了如何推导出现有的均匀对近似模型和精确的中性漂移模型。然后，我们开发节点级近似随机演化过程的任意复杂结构的人口表示的有限图，它可以捕捉不同的动态人口中的各个节点。使用这些近似，我们评估固定概率的入侵突变体在给定的初始条件下，动态遵循标准的进化过程，如入侵过程。随机模拟的输出比较显示我们的近似描述的随机过程和预测的概率固定的突变体在广泛的图形的有效性。这些模型的构建有利于系统的分析，是有价值的，更好地了解种群结构对进化过程的影响。
2019-02-18 q-bio.PE
Sex is always well worth its two-fold cost
性被认为是一个进化的悖论，因为它的进化优势并不一定克服与另一个种群成员共享后代一半基因组的双重代价。在这里，我们证明了，有性生殖可以是进化稳定的，即使它的达尔文适应度是两倍低的无性突变体的适应度相比。我们还表明，两种以上的性别总是进化不稳定的。我们的方法推广了演化博弈论来分析物种的成员能够感觉到他们的同种的性状态，并因此切换性别。因此，性的广泛出现和维持是由于它与更广泛的环境感知能力的共同进化。
2008-08-23 cs.GT physics.bio-ph q-bio.PE
Statistics for the Luria-Delbrück distribution
Luria-Delbrück分布是细胞动力学突变的经典模型。当突变的概率趋于零且分割数趋于无穷大时，它作为极限而获得。它可以被解释为一个复合泊松分布（突变的数量）的指数混合（突变克隆的发展时间）的几何分布（突变克隆在给定的时间内产生的细胞数量）。概率的解释，并在一般情况下的收敛性的严格证明，推导出经典的Bellman-Harris分支过程的结果。Luria-Delbrück分布的两个参数是预期的突变数量，这是感兴趣的参数，以及正常细胞与突变体相比的相对适应度，这是重尾指数。两者可以同时估计的最大似然法。然而，一旦样本的最大值很大，计算就变得数值不稳定，这经常发生，由于重尾性质。基于经验母函数，提出了稳健估计，并给出了它们的渐近方差。它们在精度上与极大似然估计相当，具有更宽的可计算性范围，更好的数值稳定性，以及可以忽略的计算时间。
2012-06-28 q-bio.PE stat.AP
Modeling Medea gene-drive population replacement: thresholds and release strategies
University of Texas at San Antonio（圣安东尼奥德克萨斯大学）
本研究建立埃及伊蚊中 Medea 基因驱动的连续时间模型，分析其平衡点、稳定性及双稳态释放阈值，并通过敏感性分析和分批释放模拟，为野外种群替换提供策略指导。
2026-09-09 math.DS q-bio.PE
Evolutionary game theory in growing populations
现有的进化理论模型主要关注种群中不同突变体的相对适应度优势，而大多没有考虑种群规模的动态行为。在这里，我们提出了一个通用的随机模型相结合的增长动力学的人口和其内部的演变。因此，我们的模型解释了这样一个事实：进化和生长动态都基于个体繁殖事件，因此本质上是高度耦合和随机的。我们通过研究不断增长的人口中合作的困境来验证我们的方法，并表明真正的随机事件可以通过导致短暂但稳健的合作增加来缓解困境
2010-10-19 physics.bio-ph q-bio.PE
The evolution of queen control over worker reproduction in the social Hymenoptera
真社会性昆虫物种的一个标志是生殖分工，在这种分工中，工蜂放弃自己的生殖，而蚁后几乎生产所有的后代。女王的存在是维持社会和谐的关键，但女王在真社会性进化中的具体作用仍不清楚。一个讨论已久的方案是，蚁后通过行为或化学方式使她的工蜂绝育。然而，使这种操纵成为可能的人口和生态条件尚不清楚。因此，我们提出了一个简单的演化动力学模型，是基于单倍二倍体遗传学。我们考虑一个突变，在女王的行为，使她控制她的工人的生殖行为。我们的数学分析产生了精确的条件，女王引起的工人不育的进化出现和稳定性。这些条件并不取决于女王的交配频率。此外，我们发现，女王控制总是成立，如果它增加了殖民地的繁殖效率和可以进化，即使它降低了殖民地的效率。我们进一步概述了条件下，女王控制是进化稳定的突变体，生殖工人的入侵。
2017-02-16 q-bio.PE
Evolutionary consequences of behavioral diversity
迭代游戏提供了一个框架来描述个体群体之间的社会互动。最近的工作刺激的发现“零决定因素”的策略，迅速扩大了我们的能力，分析这种相互作用。这部分的工作主要集中在游戏中，玩家面临一个简单的二元选择，“合作”或“背叛”。然而，真实的个体往往表现出行为的多样性，他们对社会互动的投入在质和量上都是不同的。在这里，我们探讨如何获得更大的行为选择多样性的影响有限的人口的社会动态的演变。我们表明，在公共产品游戏中，一些两个选择的策略仍然可以抵御入侵的所有可能的多选择入侵者，即使在相对较少的惩罚。我们还表明，获得更大的行为选择的结果在更“崎岖“的适应度景观，与人口能够稳定的合作，在多个层次的投资，这样的选择促进合作时，投资回报率低，但阻碍合作时，投资回报率高。最后，我们分析了迭代石头剪刀布博弈，其非传递的支付结构意味着单边控制是困难的，零决定策略一般不存在。尽管如此，我们发现，大部分的多项选择策略可以入侵和抵抗缺乏行为多样性的策略的入侵-因此，即使是混合良好的人群也会倾向于进化行为多样性。
2016-06-04 physics.soc-ph q-bio.PE
Understanding the rift between update rules in Evolutionary Graph Theory: The intrinsic death rate drives star graphs from amplifying to suppressing natural selection
本研究通过连续时间进化图论模型，发现内在死亡率超过阈值$1/\sqrt{N}$时，星图从自然选择放大器转变为抑制器，且随图规模增大阈值趋零。
2025-06-18 q-bio.PE
