Phylotrack: C++- und Python-Bibliotheken für in silico phylogenetisches Tracking

In silico Evolution stellt die Prozesse der Vererbung, Variation und differenziellen Fortpflanzungserfolg (die drei "Zutaten" für Evolution durch natürliche Selektion) innerhalb digitaler Populationen von rechnergestützten Agenten dar. Folglich unterliegen diese Populationen der Evolution und können als virtuelle Modellsysteme zur Untersuchung evolutionärer Dynamiken verwendet werden. Dieses experimentelle Paradigma – das in der biologischen Modellierung, künstlichen Lebensformen und evolutionärer Berechnung verwendet wird – ergänzt die Forschung, die mit in vitro- und in vivo-Systemen durchgeführt wird, indem Experimente ermöglicht werden, die im Labor oder im Feld unmöglich wären. Ein wesentlicher Vorteil ist die vollständige, exakte Beobachtbarkeit. Zum Beispiel ist es möglich, alle Eltern-Kind-Beziehungen über die Historie der Simulation perfekt aufzuzeichnen, was vollständige Phylogenien (Ahnenbäume) ergibt. Diese Informationen zeigen, wann Merkmale erworben oder verloren wurden und erleichtern auch die Ableitung zugrunde liegender evolutionärer Dynamiken. Das Phylotrack-Projekt bietet Bibliotheken zum Verfolgen und Analysieren von Phylogenien in der in silico Evolution. Das Projekt besteht aus 1) Phylotracklib: einer Header-only C++-Bibliothek, die im Rahmen des Empirical-Projekts entwickelt wurde, und 2) Phylotrackpy: einer Python-Schnittstelle für Phylotracklib, erstellt mit Pybind11. Beide Komponenten bieten eine öffentlich zugängliche API, um phylogenetisches Tracking an digitalen Evolutionssystemen anzubinden, sowie eine eigenständige Schnittstelle für die Messung einer Vielzahl beliebter phylogenetischer Topologiemetriken. Das zugrunde liegende Design und die C++-Implementierung priorisieren Effizienz, was einen schnellen Generationenwechsel für Agentenpopulationen in der Größenordnung von Zehntausenden ermöglicht. Mehrere explizite Funktionen (z. B. Phylogenie-Beschnitt und -Abstraktion usw.) werden bereitgestellt, um den Speicherbedarf für phylogenetische Informationen zu reduzieren.