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Criticality, adaptability and early-warning signals in time series in a discrete quasispecies mo.el

Fro.tiers in Bio.o.y 2013年第2期8卷 247-259页

作者： R. Fo.SIo. D. A. HARTASANCHEZ o. resendis-antonio A. FRANK Instituto.Nacio.al de Geriatrla Periferico Sur No. 2767 Col. San Jeronimo Lidice Del. Magdalena Contreras 10200 Mexico D.E Mexico Centro.de Ciencias de la Co.plejidad (C3) Universidad Nacional Autonoma de Mkxico 04510 Mexico D.E Mexico Institut de Bio.o.ia Evo.utiva (CSIC-Universitat Po.peu Fabra) 08003 Barcelona Catalonia Spain Systems Bio.o.y Gro.p lnstituto Nacional de Medicina Genomica (INMEGEN) Mexico Instituto.de Ciencias Nucleares Universidad Nacional Autonoma de Mexico 04510 Mexico D.E Mexico

Co.plex systems fro. different fields o. kno.ledge o.ten do.no. allo. a mathematical descriptio. o. mo.eling, because o. their intricate structure co.po.ed o. numero.s interacting co.po.ents. As an alternative appro.ch, it is po.sible to.study the way in which o.servables asso.iated with the system fluctuate in time. These time series may pro.ide valuable info.matio. abo.t the underlying dynamics. It has been suggested that co.plex dynamic systems, ranging fro. eco.ystems to.financial markets and the climate, pro.uce generic early-warning signals at the ＂tipping po.nts,＂ where they anno.nce a sudden shift to.ard a different dynamical regime, such as a po.ulatio. extinctio., a systemic market crash, o. abrupt shifts in the weather. o. the o.her hand, the framewo.k o. Self- o.ganized Criticality （So.）, suggests that so.e co.plex systems, such as life itself, may spo.taneo.sly co.verge to.ard a critical po.nt. As a particular example, the quasispecies mo.el suggests that RNA viruses self-o.ganize their mutatio. rate near the erro.-catastro.he thresho.d, where ro.ustness and evo.vability are balanced in such a way that survival is o.timized. In this paper, we study the time series asso.iated to.a classical discrete quasispecies mo.el fo. different mutatio. rates, and identify early-warning signals fo. critical mutatio. rates near the erro.-catastro.he thresho.d, such as irregularities in the kurto.is and a significant increase in the auto.o.relatio. range, reminiscent o. 1/f no.se. In the present co.text, we find that the early-warning signals, rather than bro.dcasting the co.lapse o. the system, are the fingerprint o. survival o.timizatio..

关键词： time series co.plexity early-warning signals quasispecies 1/f no.se o.timizatio.

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