Speed of adaptation and genomic footprints of host-parasite coevolution under arms race and trench warfare dynamics
预计共同进化将遵循两种不同的动力学，通常被称为战壕战和植物病原体系统的军备竞赛。战壕战争的情况是稳定的循环等位基因频率在共同进化的基因座的主机和寄生虫，它是预测的基因座将显示分子进化的签名平衡选择，而军备竞赛涉及连续的选择性扫描在相互作用的基因座。我们研究了一个包含突变和遗传漂变的单倍体基因对基因模型。我们研究不同的共同进化参数下的结果，以量化固定的等位基因的频率，即发生的军备竞赛动态。我们发现，与传统智慧相反，战壕战的情况并不意味着单位时间内的共同进化周期比军备竞赛更多。因此，人们不能根据从周期时间估计的共同进化速度来推断这种系统的动态性质。随后，我们进行合并模拟，以产生在宿主和寄生虫基因座的序列。我们询问在平衡选择或选择性扫描下预期的特征（分别是出乎意料的高或低多样性，以及高或低Tajima D值）是否可能在基因组数据中观察到。经常发现的基因组足迹的经常性的选择性扫描，而战壕战产生的平衡选择的签名，只有在寄生虫序列，只有在一个有限的参数空间，高有效种群大小和长期的选择。因此，确定性多态平衡的存在并不意味着在共同进化的基因序列中观察到平衡选择的签名所必需的长期战壕战。我们的结果表明，要通过群体基因组学寻找协同进化的特征，最好研究病原体而不是宿主基因组。
2013-09-19 q-bio.PE
Dynamic landscape models of coevolutionary games
共同进化博弈的参与者不仅会更新他们的策略，还会更新他们的互动网络。在将博弈者的收益解释为适应度的基础上，提出了动态景观模型。建模过程中进行的囚徒困境（PD）和雪堆（SD）的游戏，都使用出生-死亡（BD）或死亡-出生（DB）的策略更新。主要的重点是使用动态适应度景观作为一个数学模型的协同进化博弈动力学。因此，一个替代的工具来分析共同进化的游戏变得可用，景观措施，如模态，坚固性和信息内容可以计算和分析。此外，固定属性的游戏和量化的相互作用网络的特征进行了数值计算。建立了由景观测度表示的景观属性与固定概率、固定时间和网络属性等共同进化博弈动力学的量化因子之间的关系。
2017-03-15 cs.NE physics.bio-ph q-bio.PE
Mean extinction times in cyclic coevolutionary rock-paper-scissors dynamics
能够稳定生物学中共存或多样性的动力学机制通常具有根本意义。与许多双策略进化游戏不同，具有三种策略和循环优势的游戏，如石头剪刀布游戏（RPS），稳定了共存，从而保护了系统中的生物多样性。在无限种群的限制下，类似于传统的演化博弈论，复制子方程预言相空间内部存在一个不动点。但在有限种群中，由于随机波动的影响，策略频率会超出不动点，甚至灭绝。对于三个不同的过程和零和和非零和RPS以及，我们提出了广泛的模拟结果的平均消光时间（MET），根据代理的数量N，我们介绍了两种分析方法的MET的推导。
2010-03-11 q-bio.PE
Information content of coevolutionary game landscapes
共同进化博弈动力学是参与者可能改变其策略和互动网络的结果。对于这样的游戏，基于将策略解释为配置，可以为每个交互网络定义策略-收益图，从而导出游戏景观。本文提出了一种分析这些游戏景观的信息内容。通过这种分析，我们特别研究了重新调整的收益矩阵的影响，概括了社会困境和良好的混合和结构化人群之间的差异。
2018-03-20 cs.NE physics.soc-ph q-bio.PE
Pathogen diversity emerging from coevolutionary dynamics in interconnected systems
Università degli studi di Padova（帕多瓦大学）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；National Biodiversity Future Center（国家生物多样性未来中心）；Padua Center for Network Medicine, University of Padua（帕多瓦大学网络医学中心）
本文研究了病原体在共进化动态中的多样性，通过构建多尺度模型，分析宿主免疫记忆和异质接触对传染病传播和抗原性差异的影响，揭示了宿主异质性对病原体多样性及流行病持续性的影响。
2026-03-31 q-bio.PE
Quiescence generates moving average in a stochastic epidemiological model with one host and two parasites
流行病学和共同进化动力学的数学模型被广泛用于改进传染病的疾病管理策略。许多疾病呈现某种形式的宿主内静止期，也称为隐性感染，而其他疾病则在环境中表现出休眠期。由于休眠期对药物、抗生素、杀菌剂等具有抗药性，因此研究这两种生活史特征对共同进化动力学的影响具有重要的现实意义。我们首先建立了一个确定性的协同进化模型，其中两种寄生虫感染一种宿主类型，并分析研究了动力系统的稳定性。我们具体推导出一个稳定性条件的5 × 5系统的方程与静止。其次，我们发展了一个随机版本的模型，研究的影响，静态的系统动力学的随机性。我们计算的寄生虫类型的稳态分布如下多元正态分布。此外，我们获得了数值解的协方差矩阵的系统下的对称和非对称的静止率之间的寄生虫类型。当寄生虫株相同时，静止增加了高传播率下感染个体数的方差，反之亦然，当传播率低时。然而，当有不同的静止率的寄生虫菌株之间的竞争，静止产生一个移动平均的行为，抑制随机性，减少了受感染的主机的数量的方差。具有最高进入静止速率的应变决定了移动平均线的强度和随机性降低的幅度。因此，研究多株寄生虫在休眠/休眠状态下的简单模型以改进疾病管理策略是值得的。
2022-05-25 q-bio.PE
Modelling coevolutionary dynamics in heterogeneous SI epidemiological systems across scales
本研究针对异质SI流行病系统的共进化动力学，构建了从微观基于个体模型到介观积分-微分方程、宏观常微分方程的跨尺度数学框架，验证了多尺度结果的一致性与模型适定性。
2024-03-14 q-bio.PE
The mode of host-parasite interaction shapes coevolutionary dynamics and the fate of host cooperation
宿主和寄生虫之间的拮抗性协同进化对宿主种群结构产生重大影响，从而对社会性状的进化产生重大影响。在细菌-病毒相互作用的背景下使用随机建模技术，我们研究了宿主-寄生虫遗传特异性（具体而言，基因型具有相同的感染性/抗性范围（匹配等位基因，MA）到高度可变的范围（基因对基因，GFG））对群体遗传结构的影响，以及宿主的社会行为。我们发现，主机合作更有可能保持对MA端的连续体，更频繁的瓶颈与MA样的互动可以防止叛逃者入侵，甚至可以让移民合作者入侵人口的叛逃者。
2012-10-08 physics.bio-ph q-bio.PE
Three-state coevolutionary game dynamics with environmental feedback
本研究将均匀环境纳入三态（合作、背叛、空节点）共演化博弈，发现合作者聚集引发的相干共振与平衡态提升种群生存和环境质量，共振出现在囚徒困境收益参数转变处。
2025-10-09 nlin.AO q-bio.PE
Defensive complexity in antagonistic coevolution
赢得共同进化斗争的一个策略是快速进化。大多数关于宿主-病原体共同进化的文献都集中在这一现象上，并寻找共同进化军备竞赛的证据。另一种在文献中较少考虑的替代策略是阻止对手的快速进化变化。为了研究如何做到这一点，我们构建了一个进化游戏之间的控制器，必须处理信息，和对手，可以篡改这个信息处理。在这个游戏中，一个物种可以通过以一种对手难以操纵的方式处理信息来挫败对手。我们发现，结构的信息处理系统诱导的适应度景观上的对手人口的演变，并需要复杂的处理逻辑，使景观崎岖。利用丰富的文献关于崎岖的景观的进化速度，我们展示了一个物种如何可以减缓对手人口的适应性进化。我们认为，这种类型的防御复杂的脊椎动物适应性免疫系统的一部分，可能是病原体和它们的脊椎动物宿主之间的共同进化动力学的一个重要因素。
2014-12-15 q-bio.PE
Stabilization of biodiversity in the coevolutionary rock-paper-scissors game on complex networks
能够稳定物种（或策略）共存的动力机制对于维持生物多样性和社会行为动力学具有重大意义。本文研究了随机图、无标度网络和小世界网络中三种循环入侵策略在不同进化过程中的协同进化动力学中的平均灭绝时间。我们发现，无标度和随机图导致一个强大的稳定共存的Moran过程和本地更新过程。稳定性是一个数量级强的相比，格拓扑结构，主要是由图的度异质性。然而，图上的进化过程可以定义在许多变体，我们表明，在一个过程中使用有效的回报的网络拓扑结构的效果可以完全逆转。因此，共存的稳定性取决于网络的几何形状和基本的进化过程。
2010-03-15 physics.soc-ph q-bio.PE
Emergence and persistence of communities in coevolutionary networks
我们调查的出现和持久性的社区，通过最近提出的自适应重新布线的机制，在共同进化网络。我们描述了在一个共同进化网络中产生的拓扑结构，该网络具有一个自适应的重新布线过程和一个简单的类似投票规则的节点动态。我们发现，对于一些值的参数描述的自适应重新布线过程中，社区结构出现在一个连接的网络。我们发现，社区的出现与系统中活动链接的数量减少有关，即连接不同状态的两个节点的链接。社区结构状态的生命周期与系统的规模成指数关系。此外，我们发现，一个小的噪声在节点动态可以维持多样性的状态和社区结构的时间在一个有限大小的系统。因此，大的系统大小和/或局部噪音可以解释许多真实系统中群落和多样性的持续存在。
2014-07-01 nlin.AO physics.soc-ph q-bio.PE
Adaptive Coevolutionary Networks: A Review
自适应网络出现在许多生物学应用中。它们将网络的拓扑演化与网络节点中的动态相结合。最近，自适应网络的动力学已经在从基因组学到博弈论的不同领域的许多平行研究中进行了研究。在这里，我们回顾这些最近的发展，并表明他们可以从一个独特的角度来看。我们证明，所有这些研究的特点是共同的主题，最突出的是：复杂的动力学和强大的拓扑自组织的基础上简单的本地规则。
2008-01-22 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Discrete stochastic processes, replicator and Fokker-Planck equations of coevolutionary dynamics in finite and infinite populations
共同进化动力学中的小尺度波动出现在生物学以及社会和经济系统的模型中。这个简短的教程回顾调查从一个随机过程离散的时间和状态的系统方法。无限总体的极限$N\to \infty$可以被明确地考虑，通常导致零阶的复制型方程，以及$1/\sqrt{N}$中的一阶的Fokker-Planck型方程。概述了一些以前的方法的后果和关系。
2008-03-17 cond-mat.stat-mech cs.SI math.PR
Stochastic effects on biodiversity in cyclic coevolutionary dynamics
在竞争种群的动态中出现的种群规模波动可能对它们的命运产生巨大的影响。作为一个例子，在这篇文章中，我们研究了一个模型的三个物种，在一个循环的方式互相支配。虽然确定性的方法预测（中性）稳定共存的所有物种，任何有限的人口规模，内在的随机性必然导致最终灭绝的两个。
2006-10-05 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Coevolutionary game dynamics with localized environmental resource feedback
该研究将资源空间异质性引入囚徒困境博弈模型，探索具环境反馈的协同进化博弈动力学，发现高策略对资源更新率影响下可避免“公地振荡悲剧”，方格模拟中自组织集群模式增强系统稳定性且转变具参数稳健性。
2025-02-14 nlin.AO q-bio.PE
Frequency-dependent fitness induces multistability in coevolutionary dynamics
进化是由许多过程同时驱动的，如突变、竞争和随机抽样。理解这些过程中的哪一个在依赖于系统属性的集体演化动力学中占主导地位是理论研究的基本目标。最近的工作定量研究了竞争物种的共同进化动力学，重点是线性频率依赖的相互作用，来自博弈论的观点。然而，演化动力学的几个方面，例如有限的资源，可能会引起有效的非线性频率依赖性。在这里，我们研究的影响，非线性频率依赖演化动力学的模型类，涵盖线性频率依赖作为一种特殊情况。我们专注于最简单的非平凡的两种基因型的设置和非线性频率依赖与不对称的突变率的共同作用进行分析。我们发现，它们的共同作用可能会导致新的亚稳态以及它们之间的随机切换动力学。我们的研究结果揭示了不同的机制，突变，选择和遗传漂变有助于动态和亚稳态的出现，这表明多稳定性是一个通用的功能系统与频率相关的健身。
2012-09-12 math-ph math.MP q-bio.PE
A quantitative theory of viral-immune coevolution is within reach
本文综述免疫与病毒协同进化研究中理论和实验方法的融合趋势，指出构建定量、可预测的协同进化理论已有现实基础。
2023-06-07 q-bio.PE
Drift reversal in asymmetric coevolutionary conflicts: Influence of microscopic processes and population size
有限种群中的协同进化动力学目前在化学催化、生物进化、社会经济系统等学科中得到了广泛的研究。这些系统的动态可以在演化博弈论的统一框架内进行表述。然而，当人口不是无限大时，哪种数学描述是适当的，这是不先验清楚的。而复制子方程方法描述了无限的人口规模限制的确定性微分方程，在有限的人口的动态是固有的随机性，这可能会导致新的影响。最近，一个明确的平均场描述的形式Fokker-Planck方程导出的频率依赖的选择在有限的人口的微观过程的基础上。在两个种群之间的不对称冲突与循环优势，有限大小依赖的漂移逆转被证明，这取决于潜在的微观过程的进化更新。循环动力学广泛出现在生物共同进化中，无论是在一个同质的群体内，还是在女性和男性的分离群体之间。文中给出了显式解析地址，并计算了频率相关Moran过程和不同两两比较过程的平均漂移。它明确地表明，漂移逆转不可能发生，如果该过程依赖于对个体之间的支付差异。此外，与平均收益的线性比较也不会导致向内部固定点的漂移。因此，非线性比较函数的频率依赖的莫兰过程，连同其使用的非局部信息通过平均支付，是该机制的重要组成部分。
2007-12-27 physics.soc-ph q-bio.PE q-bio.QM
Coevolutionary dynamics of cooperation, risk, and cost in collective risk games
College of Science, Northwest A & F University（西北农林科技大学理学院）；College of Economics & Management, Northwest A & F University（西北农林科技大学经济管理学院）；Institute of Technical Physics and Materials Science, Centre for Energy Research（能源研究中心技术物理与材料科学研究所）
本文提出一个考虑合作、风险和成本三者相互作用的进化博弈模型，揭示了在不同初始条件下，系统可能呈现持续合作或公地悲剧的多稳态特性。
2026-03-21 math.DS nlin.AO q-bio.PE
Coevolutionary dynamics of a variant of the cyclic Lotka-Volterra model with three-agent interactions
我们研究了具有三主体相互作用的循环洛特卡-沃尔泰拉模型的一个变体。该模型的灵感来自于石头剪刀布游戏的多人变化，它描述了一个理想的生态系统，在这个生态系统中，三个物种之间的循环竞争通过合作捕食而发展。它的速率方程在一个良好的混合环境中显示退化的Hopf分支，发生反应，涉及两个捕食者加一个猎物有相同的反应，涉及两个猎物加一个捕食者。我们估计的随机噪声的大小在分叉点，有限的尺寸效应变成中性稳定的轨道不规则发散的轨迹。特别是，我们比较分析预测的灭绝概率，来自福克-普朗克近似，与数值模拟的基础上的吉莱斯皮随机算法。然后，我们将相图的分析扩展到异质速率。在一个良好的混合环境中，我们观察到一个连续的退化的Hopf分支，推广上述之一。中性稳定性来自不同反应之间的复杂平衡。值得注意的是，在一个二维晶格上，所有的分叉消失的相互作用的空间局部性的结果。在本文的第二部分中，我们研究了移动性的影响，在一个格子集合种群模型与补丁托管多个代理。我们发现，战略传播沿臂旋转螺旋，因为他们通常在循环优势的模型。我们观察到的大波长的政权的传播不稳定性。我们还研究了三代理相互作用诱导非线性扩散。
2020-10-08 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Host-pathogen coevolution and the emergence of broadly neutralizing antibodies in chronic infections
脊椎动物的适应性免疫系统提供了一套灵活多样的分子来中和病原体。然而，艾滋病毒等病毒可以通过与适应性免疫系统一样快的进化而引起慢性感染，形成进化军备竞赛。在这里，我们介绍了一个数学框架来研究宿主内抗体与抗原的协同进化动力学。我们专注于抗体和抗原群体之间的结合相互作用的变化，这是由突变，选择和漂移驱动的基因型频率的潜在随机进化造成的。我们确定了决定抗体-抗原结合亲和力分布的关键病毒和免疫参数。我们还确定了共同进化的明确标志，衡量抗体和病毒之间的相互反应，我们引入实验可测量的数量，量化的适应程度，在持续的共同进化的两个相对的人口。使用这个分析框架，我们推断率的病毒和免疫适应的基础上，在两个HIV感染患者的时移中和试验。最后，我们分析了抗体的克隆谱系之间的竞争，并根据抗体和病毒种群的状态来表征给定谱系的命运。特别是，我们推导出有利于广泛中和抗体出现的条件，这可能有助于设计针对HIV的疫苗。
2016-06-20 q-bio.PE
Trait-space patterning and the role of feedback in antigen-immunity coevolution
共同进化的军备竞赛在相互作用的种群之间形成，这些种群构成彼此的环境并对相互的变化做出反应。这种固有的远离平衡的过程在适应性免疫系统中发现了惊人的表现，其中高度可变的抗原和有限的免疫受体库在可比的时间尺度上共同进化。这种对免疫系统的独特挑战激发了一般性问题：生态和进化过程如何相互作用以塑造多样性？是什么决定了共同进化的持久性和命运？在这里，我们从反应环境的角度出发，建立了一个受体和抗原之间协同进化的表型模型，两者都表现出交叉反应性（一对多反应）。该理论预测，在交叉反应的不对称程度是一个关键的决定因素的剧目组成：小的不对称支持持久的大的多样性，而强的不对称性产生长寿命的瞬变的准种在两个人口。后者代表了一种新型的图灵机制。更令人惊讶的是，特征空间中的模式化反馈了种群动态：图灵模式之间的空间共振打破了动态平衡，导致抗原灭绝或不受限制的增长。模型预测可以通过组合的基因组和表型测量进行测试。我们的工作确定了交叉反应性作为多样性和共同进化结果的重要调节器，并揭示了生态反馈在模式形成系统中的显着作用，该系统驱动进化向不同于红皇后持续循环的非稳态发展。
2019-07-29 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Physical Model of the Immune Response of Bacteria Against Bacteriophage Through the Adaptive CRISPR-Cas Immune System
细菌和古生菌已经进化出一种适应性的、可遗传的免疫系统，可以识别和防御病毒或质粒。该系统被称为CRISPR-Cas系统，允许宿主识别并将短的外来DNA或RNA序列（称为“间隔区”）整合到其CRISPR系统中。CRISPR系统中的间隔区提供了细菌和噬菌体共同进化历史的记录。我们使用一个物理模型来研究这种共同进化的动态，因为它随时间随机演变。我们专注于突变和重组对细菌和噬菌体进化和逃避的影响。我们讨论了不同的间隔区删除机制对协同进化动力学的影响。我们预测了细菌和噬菌体群体的增长，CRISPR基因座内的间隔区多样性，以及针对噬菌体群体的间隔区保护。
2014-01-20 q-bio.PE
Chaotic provinces in the kingdom of the Red Queen
寄生虫与其宿主之间的相互作用存在于所有种类的物种中，并且在理解进化和共同进化的原则方面发挥着重要作用。通常，宿主和寄生虫的不同基因型在其丰度中振荡。红皇后振荡动力学的成熟理论提出了每个物种内不同类型频率的持续变化。到目前为止，还不清楚红皇后动力学以何种方式持续存在于两种以上类型的宿主和寄生虫中。在我们的分析中，任意数量的类型内的两个物种进行检查，在一个确定性的框架与恒定或变化的人口规模。这个一般框架允许内部不动点及其稳定性的解析解。对于两个以上的物种，显然混沌动力学已被报道。在这里，我们表明，即使是两个物种，一旦两个以上的类型被认为是每个物种，在其频率的不规则动态可以观察到在长期运行。动力学的性质强烈依赖于系统的初始配置;通常的规则红皇后振荡只在参数区域的某些部分观察到。
2017-09-08 q-bio.PE
Cyclic dominance and biodiversity in well-mixed populations
协同进化动力学研究化学催化，生物进化，社会和经济系统。这些系统的动态可以在演化博弈论的统一框架内进行分析。在这封信中，我们表明，即使在混合有限的人口，其中的动态是固有的随机性，生物多样性是可能的三个循环的优势策略。我们展示了如何相互作用的演化动力学，离散的人口，和相互作用的性质影响共存的战略。我们计算一个临界人口规模以上的共存是可能的。
2008-01-10 physics.soc-ph q-bio.PE
