从适应度景观视角看穆勒棘轮的动力学

背景：群体中有害突变的累积直接关系到该群体能够存续多久。穆勒棘轮（Muller's ratchet）为研究这种累积效应提供了定量框架。适应度景观作为系统生物学中的一个有力概念，为描述复杂且罕见的生物学事件提供了抓手。本文从适应度景观这一新视角研究暴露于穆勒棘轮下的群体演化过程，使我们能够从直观理解出发估算棘轮的每一次单次“咔哒”推进。方法：我们描述了 Wright-Fisher 过程如何映射到穆勒棘轮，并从一般扩散方程出发解析地构造出适应度景观。结果表明，该构造是动态的，并且适应度景观与平稳分布的存在性及归一化无关。我们推广了扩散模型在适应度景观视角下的应用。结果：我们发展了一种描述暴露于穆勒棘轮下群体动力学行为的新方法，并以平均首次通过时间解析地推导出了最适应类群体的衰减时间。最重要的是，我们用适应度景观描述了平稳分布不可归一化时的吸收现象。这些结果表明，该方法有望用于理解群体演化机制并对生物学过程进行定量描述。