遗传密码作为噪声信息通道中相变而涌现的模型
定量方法
2010-07-26 v1 统计力学
信息论
math.IT
生物物理
摘要
遗传密码将六十四种核苷酸三联体(密码子)映射到二十种氨基酸。一些人认为,具有二十种氨基酸的特定密码形式可能是一种“冻结的意外”,因为任何进一步改变都会产生压倒性的影响。另一些人则认为这是原始生化途径及其进化的结果。在此,我们研究了一种场景,其中进化通过选择一种能最小化错误影响的氨基酸映射来驱动遗传密码的涌现。我们将密码子到氨基酸的随机映射视为一个带有自然适应度度量的噪声信息通道。生物体通过其密码的适应度进行竞争,结果,当密码子到氨基酸的映射变得非随机时,遗传密码在噪声通道的超临界相变处涌现。在相变点,一个小的展开是有效的,涌现的密码由误差拉普拉斯算子的平滑模式支配。这些模式又受误差图拓扑的支配,在该图中,如果密码子可能被混淆,则它们相连。这种拓扑结构为可能的氨基酸数量设定了一个上界——这与经典的图着色问题相关。所提出的场景是通用的,可能描述了其他易错生物密码(例如转录调控网络中蛋白质对DNA位点的识别)的形成机制。
引用
@article{arxiv.1007.4122,
title = {A model for the emergence of the genetic code as a transition in a noisy information channel},
author = {Tsvi Tlusty},
journal= {arXiv preprint arXiv:1007.4122},
year = {2010}
}
备注
Keywords: genetic code, rate-distortion theory, biological information channels