Dynamics with selection

par Tommaso Brotto

Thèse de doctorat en Physique statistique

Sous la direction de Sergio Caracciolo et de Jorge Kurchan.

Soutenue le 11-02-2016

à Paris 6 en cotutelle avec l'Università degli studi (Milan, Italie) , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Physique Statistique de l'ENS (laboratoire) .

Le jury était composé de Enzo Marinari, Riccardo Zecchina, Marco Cosentino-Lagomarsino, Stefano Zapperi.

  • Titre traduit

    Dynamique avec sélection


  • Résumé

    Le sujet de cette thèse est la dynamique des populations. Nous en étudions les caractéristiques en absence ou en présence d'une structure spatiale, et cela se reproduit dans la subdivision du manuscrit en deux parties. Dans la première, où nous considérons la compétition comme se manifestant entre tous les individus en même temps, nous prouvons qu'une condition de bilan détaillé est vérifiée dans des différents régimes d'évolution (et non seulement dans le cas de successional-mutations). On montre que la dynamique adaptative d'une population présente nombreux aspects en commun avec la dynamique vitreuse hors-équilibre, le rôle de la température étant joué par la dimension de la population. Des nombreuses applications d'une telle analogie sont suggérées. Dans la suite, nous considérons l'évolution de populations monomorphes interagissants. Nous montrons comment le couplage génère une séparation des échelles temporales d'adaptation, et il est possible qu'une hiérarchie soit crée selon les degrés d'adaptation des populations. Dans le cas de populations en compétition dans l'espace, la dynamique évolutive est fortement modifiée par la localité des interactions. Les mécanismes de sélection sont moins efficaces pour ce qui est de favoriser la fixation du phénotype mieux adapté. Nous montrons de façon quantitative comment un taux de mutation plus élevé occasionne un désavantage évolutif, car la présence de mutants ralentit la croissance spatiale d'une population. On montre que, si le taux de mutation est variable, la sélection favorise non seulement un taux de reproduction élevé, mais aussi un taux de mutation réduit.


  • Résumé

    The subject of this thesis is population dynamics. We study its characteristics in the absence or in presence of a spatial structure, and this is reproduced in the subdivision of the manuscript into two parts. In the first, where we consider the competition as concerning all the individuals at the same time, we prove that a detailed balance condition holds in different regimes of evolution (and not only in the case of successional-mutations) . We show that the adaptive dynamics of a population has several aspects in common with out of equilibrium glassy dynamics, the role of the temperature being played by the size of the population. Several applications of such an analogy are suggested. Later, we consider the evolution of monomorphic interacting populations. We show how the presence of a coupling engenders a separation of the adaptative time-scales, and it is possible that a hierarchy is created, according to the degrees of adaptation of populations.In the case of competing populations in space, the evolutionary dynamics is strongly modified by locality interactions. Selection mechanisms are less effective in promoting the fixation of the fittest phenotype. We show quantitatively how a higher mutation rate constitutes an evolutionary disadvantage, because the presence of mutants slows down the spatial growth of a population. It is shown that if the mutation rate is variable, selection promotes not only a high rate of reproduction, but also a reduced mutation rate.


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