环境波动下鲁棒性与可塑性的演化：基于表型方差的表述

可塑性、鲁棒性和进化能力是生物学中的一个重要议题，本文通过表型波动对其进行了表征。通过对基因调控网络进行数值演化，证实了表观遗传起源和遗传起源的表型方差之间的比例关系。前者由发育过程中噪声引起的表型波动方差给出；后者由基因突变引起的表型波动方差给出。这种关系暗示了对噪声的鲁棒性与对突变的鲁棒性之间的联系，因为鲁棒性可以定义为表型分布的锐度。接下来，证明了当系统通过演化获得鲁棒性时，方差之间的比例关系在不同基因（表型性状）的表达中也成立。随后，对环境影响下的演化进行了数值研究，发现当存在一定程度的噪声引起的表型波动时，对新环境的适应性与鲁棒性可以兼容。最高的适应性是在基因表达动力学接近失去鲁棒性的临界状态时的特定噪声水平下达到的。基于我们的结果，我们结合两种类型的表型波动，重新审视了 Waddington 的通道化 (canalization) 和遗传同化理论。