多头绒泡菌的形态学计算能力
量子物理
2025-10-24 v1 生物物理
摘要
虽然宇宙以及碳基生命的计算能力极限已被估算过,但对无神经生物的更严格上界尚未建立。多头绒泡菌(Physarum polycephalum)是一种单细胞、多核的变形虫,尽管缺乏神经元,却具备解决复杂问题的能力。通过分析两种不同多头绒泡菌菌株在多种生物条件下的生长动力学,我们将形态演化映射到信息处理。由于 Margolus-Levitin 定理通过可及能量约束最大计算速率,我们分析了多头绒泡菌形态的高通量时间序列数据——通过面积、周长、圆度和分形维数进行量化——以确定通过其流体力学、化学、动力学以及量子光学自由度所能实现的逻辑操作数量的上界。基于 ATP 的空间分布与探索面积,多头绒泡菌在 24 小时内最多可执行约 次逻辑操作,并在非平衡稳态下呈线性扩展。该框架使得利用经典或量子自由度的生命体计算能力得以相互比较。
引用
@article{arxiv.2510.19976,
title = {Morphological computational capacity of Physarum polycephalum},
author = {Suyash Bajpai and Aviva Lucas-DeMott and Nirosha J Murugan and Michael Levin and Philip Kurian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.19976},
year = {2025}
}