Rate-induced collapse in evolutionary systems
Rate-induced collapse in evolutionary systems
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进化系统中速率引起的崩溃
DOI：
10.1098/rsif.2022.0182
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发表时间：
2022
影响因子：
3.9
通讯作者：
Rothman, Daniel H.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Arnscheidt, Constantin W.;Rothman, Daniel H.
最近的工作强调了“率诱导的倾斜”的可能性，即当扰动超过临界变化率时，系统会发生突然的转变。在这里，我们认为，这是广泛适用于进化系统：崩溃，或灭绝，可能发生时，外部变化发生太快，进化适应跟上。为了弥合现有的理论框架，我们开发了一个最小的进化生态模型，表明率引起的灭绝和“进化拯救”的既定概念基本上是同一枚硬币的两面：一个失败意味着另一个，反之亦然。我们比较了最小模型的行为与一个更复杂的模型，其中大规模的动态出现从许多个体代理的相互作用，在这两种情况下，有一个定义明确的阈值率诱导灭绝，和一致的缩放律的速率作为时间尺度的函数。由于基本机制的基本性质，我们认为，大量的进化系统在原则上应该是易受率诱导的崩溃。这将包括各种规模的生态系统以及人类社会;需要进一步研究。
Recent work has highlighted the possibility of ‘rate-induced tipping’, in which a system undergoes an abrupt transition when a perturbation exceeds a critical rate of change. Here, we argue that this is widely applicable to evolutionary systems: collapse, or extinction, may occur when external changes occur too fast for evolutionary adaptation to keep up. To bridge existing theoretical frameworks, we develop a minimal evolutionary–ecological model showing that rate-induced extinction and the established notion of ‘evolutionary rescue’ are fundamentally two sides of the same coin: the failure of one implies the other, and vice versa. We compare the minimal model’s behaviour with that of a more complex model in which the large-scale dynamics emerge from the interactions of many individual agents; in both cases, there is a well-defined threshold rate to induce extinction, and a consistent scaling law for that rate as a function of timescale. Due to the fundamental nature of the underlying mechanism, we suggest that a vast range of evolutionary systems should in principle be susceptible to rate-induced collapse. This would include ecosystems on all scales as well as human societies; further research is warranted.
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DOI：
10.1098/rspa.2020.0303
发表时间：
2020
期刊：
Proceedings of the Royal Society A
影响因子：
--
作者：
Constantin W. Arnscheidt;D. Rothman
通讯作者：
D. Rothman
DOI：
10.1073/pnas.1905164116
发表时间：
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