进化中的适应不良与鲁棒性悖论

背景。生物体使用各种机制来保护自己免受扰动的影响。例如，修复机制修复损伤，反馈回路维持稳态系统于其设定点，生化过滤器区分信号与噪声。此类缓冲机制常以鲁棒性来讨论，鲁棒性可通过性能对扰动敏感度的降低来度量。方法/主要发现。我使用数学模型分析鲁棒性的进化动力学，以理解自然选择对生物体设计的各个方面。我关注两个性状：一个性状执行适应性任务；另一个性状缓冲第一个性状的性能免受扰动影响。扰动增加有利于增强缓冲和鲁棒性，这反过来降低了敏感度并减弱了对适应性性状的自然选择强度。对适应性性状的选择压力降低通常会导致成本更低、性能更低的特征。结论/意义。鲁棒性悖论源于进化动力学：增强的鲁棒性导致目标性状适应性性能的进化衰退，与在没有鲁棒性机制的情况下自然选择所能达到的水平相比，导致了某种程度的适应不良。在进化时间尺度上，缓冲性状可能层层叠加，而潜在的适应性性状则被更廉价、性能更低的组件所取代。鲁棒性悖论对理解生物体设计具有广泛的意义。