一种基于 RNA 的自然通用计算理论

生命在包括动物行为、单细胞行为和胚胎发育在内的多个领域中面临计算问题。然而，我们目前还不知道存在一种能够进行通用计算（即图灵等价范围）的自然生物系统。一般的有限维动力系统（涵盖大多数神经网络、细胞内信号级联和基因调控网络模型）不足以实现通用计算，但被认为能够解释认知和发育。我提出了一类模型，桥接了来自遥远领域的两个概念：组合逻辑（或等价的 lambda 演算）与 RNA 分子生物学。一组基本的 RNA 编辑规则可以使得计算任何可计算函数成为可能，其算法复杂度与图灵机相同。这些模型不假设极其复杂的分子机制或任何与我们已知细胞中发生的过程根本不同的过程。不同的独立酶可以介导每一条规则，RNA 分子通过其二级结构解决括号匹配问题。在最合理的这些模型中，所有编辑规则仅可通过相对于预定义基序在固定位置上的切割和连接操作来实现。这表明通用计算完全在分子生物学的能力范围之内。因此，有理由假设生命已经演化出——或可能始于——一台尚未被发现的通用计算机。跨越多尺度的各种看似无关的计算问题有可能使用相同的基于 RNA 的计算系统来解决。该理论的实验验证可能极大影响我们对记忆、认知、发育、疾病、演化和生命早期阶段的理解。