概率基因型-表型映射揭示RNA折叠、自旋玻璃与量子电路的突变鲁棒性
统计力学
2025-01-07 v3 无序系统与神经网络
生物物理
种群与进化
量子物理
摘要
近期对基因型-表型（GP）映射的研究普遍报道了基因型突变下表型鲁棒性的增强，这一特征对演化至关重要。几乎所有这些研究都做了一个简化假设：每个基因型（表示为序列）确定性地映射到单一表型，例如离散结构。在此，我们引入概率基因型-表型（PrGP）映射，其中每个基因型映射到一个表型概率向量，作为研究物理、生物与计算系统中鲁棒性更真实且通用的语言。我们研究三个模型系统以表明PrGP映射提供了一个可处理多种物理来源不确定性的广义框架：（1）RNA折叠中的热涨落，（2）自旋玻璃基态寻找中的外场无序，以及（3）量子电路中的叠加与纠缠，后者在IBM量子计算机上实验实现。在这三种情况下，我们观察到一种新颖的双相鲁棒性标度：对更频繁的表型相对于随机期望增强，而对较不频繁的表型趋近于随机期望。我们推导了PrGP鲁棒性行为的解析理论，并证明该理论对经验鲁棒性具有高度预测力。
引用
@article{arxiv.2301.01847,
title = {Probabilistic Genotype-Phenotype Maps Reveal Mutational Robustness of RNA Folding, Spin Glasses, and Quantum Circuits},
author = {Anna Sappington and Vaibhav Mohanty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.01847},
year = {2025}
}
备注
Main text: 28 pages, 11 figures, 2 tables. Supplemental information: 23 pages, 20 figures, 7 tables