天体生物学环境中经由分子通信的信息传输

细胞间通过分子通信进行信息传输的普遍性在地球上有详尽记载；这一现象甚至可能在生命的起源与早期演化中起了重要作用。受这些考量驱动，我们阐明了一种简单的分子通信模型，涉及信号分子从发射端到接收端的扩散。推导了该通信系统的信道容量 $C$（信息传输的最大速率）以及对实际信息传输速率 $\mathcal{I}$ 的乐观启发式估计；证明这两个量，尤其是后者，与实验室实验及更复杂的理论模型广泛一致。信道容量对环境参数表现出潜在的弱依赖，而实际信息传输速率可能随细胞间距离 $d$ 以 $\mathcal{I} \propto d^{-4}$ 缩放，并可能在各环境中显著变化。针对多种天体生物学环境粗略计算了这两个变量，范围从地球上层海洋（$C \sim 3.1 \times 10^3$ bits/s；$\mathcal{I} \sim 4.7 \times 10^{-2}$ bits/s）与深海热液喷口（$C \sim 4.2 \times 10^3$ bits/s；$\mathcal{I} \sim 1.2 \times 10^{-1}$ bits/s）到土卫六的碳氢化合物湖泊与海洋（$C \sim 3.8 \times 10^3$ bits/s；$\mathcal{I} \sim 2.6 \times 10^{-1}$ bits/s）。