遗传密码的多彩起源：信息论、统计力学与分子密码的涌现

遗传密码将六十四个核苷酸三联体（密码子）映射为二十种氨基酸。虽然该密码的生化细节早已被揭示，但其起源仍然模糊不清。我们回顾了解决该密码起源问题的信息论方法，并讨论了近期一项工作的结果，该工作将密码视为一个不断演化、易出错的信息通道。我们的模型利用了有噪通信通道的率失真理论，表明遗传密码的起源是三种相互冲突的演化力量相互博弈的结果：对多样化氨基酸的需求、对容错能力的需求以及对最小资源成本的需求。将密码描述为信息通道使我们能够在数学上确定密码的适应度，并在密码子到氨基酸的映射变为非随机时将其涌现定位为二阶相变。通道中的噪声产生了一个错误图，其中连接边将可能被混淆的密码子连接起来。密码的涌现由错误图的拓扑结构决定，该拓扑结构决定了图拉普拉斯算子的最低模式，并与地图着色问题相关。