多层次选择中自强化信息瓶颈的出现

我们解释了生物系统的层级组织如何在进化过程中自然地通过个体性单元的转变而涌现。我们将展示这些转变是如何由在不同组织层级上运作的竞争性选择力所导致的，每个层级具有不同的个体性单元。这样的转变代表了进化过程中的一个奇点，我们将证明它对应于信息编码方式的相变，伴随着自强化信息瓶颈的形成。我们提出了一个用于刻画这些转变的抽象模型，该模型具有相当的普适性，适用于此类转变的许多不同版本。作为一个具体例子，我们考虑了向多细胞性的转变。具体而言，我们研究了一个随机模型，其中相互作用的个体（如细胞）的孤立群体经历向高阶个体性（如多细胞性）的转变。这一转变表现为从已有群体中生成新群体所利用的细胞数量显著减少。从这个意义上说，群体开始通过不断减少的细胞数量作为一个整体进行繁殖。我们证明，这一转变的适应度壁垒因水平基因转移而大幅降低。这些特征捕捉了向多细胞性转变的两个最显著方面：发育过程的进化以及通过单细胞瓶颈进行繁殖。