近日，理工学院物理学系张希昀副教授团队与以色列巴伊兰大学的 Barzel 教授、意大利复杂系统研究所的 Boccaletti 教授合作，在国际权威学术期刊Nature Communications (自然·通讯，影响因子17.7) 上发表了题为“Epidemic spreading under mutually independent intra- and inter-host pathogen evolution”的重要研究成果。

流行病爆发是人类面临的巨大挑战之一，构建完善的流行病传播动力学理论具有重要意义，而如何耦合病原体在患者体外的传播和在患者体内的演化这两个不同时空尺度的动力学过程，是其中的一个关键问题。通过将体内演化过程简化为病原体在适应性空间中的随机行走，本工作提出了一个流行病传播动力学新模型。通过对模型中两个关键动力学过程的时间尺度分析，该工作发现适中的变异速率会扩大疾病爆发相的范围，而过慢和过快的变异速率则不利于疾病的传播。通过对有限系统尺度的讨论，该论文还讨论了感染人数对疾病爆发相范围的影响，以及疾病爆发的相变过程如何在连续和非连续相变间转换。

此项工作将通常被分开考虑的两个动力学过程耦合，同时又将问题简化并可以解析。该理论框架可以被进一步推广，成为讨论更复杂情况下流行病爆发现象的基础。同时，该模型也展示了复杂系统中非平稳动力学的丰富现象，以及系统空间尺度和动力学时间尺度对相变过程的影响。

理工学院物理学系张希昀副教授为本文第一作者兼通讯作者。以色列巴伊兰大学的Barzel教授、意大利复杂系统研究所的Boccaletti教授、浙江工业大学的阮中远副教授、江苏大学的郑木华教授和华东师范大学的周杰副教授为论文的合作者。

本研究获得了国家自然科学基金项目、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划、中央高校基本业务经费的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34027-9