复杂性的演化与生化生命的转变

虽然现代物理学和生物学分别能够令人满意地解释从大爆炸到地球形成，再到最初细胞以及当代生命的演变过程，但关于生化生命起源的疑问仍然悬而未决。由于生命（我们所认识的形式）需要极其长的遗传聚合物，任何关于如何在仅由小分子构成的星球上形成逐渐增长的聚合物系统的答案，都必须解释这种系统是如何产生的。在本研究中，我们表明，在现实约束下，一种抽象聚合物模型可以 exhibit 动力学，使得聚合物种群空间中具有更高平均聚合物长度的吸引子更易被实现。我们从该模型中抽象出来，并形式化地定义了化学反应网络中复杂性和演化的概念。将种类的复杂性定义为从一组建构块生产该种类所需的最少反应次数，这一定义进而用于定义吸引子的复杂性度量。将吸引子之间的转变若其高概率吸引子的复杂性更高，则称为渐进式演化。在仅易获得单体的环境中，平均聚合物长度更高的吸引子更复杂。因此，我们的抽象聚合物模型可以在一系列热力学上合情合理的速率常数下 exhibit 渐进式演化。我们还形式化了开放性和历史依赖性演化的准则，并阐述了自催化作用在实现这些目标中的作用。我们的工作为寻找前生物学上可行的情景（即如何形成长聚合物并产生更长聚合物的群体）提供了基础。