生物复杂性的“机械装置”：理解生物系统中的非最优架构

关于生物系统的一个流行假设是，性状已进化到相对于功能而言是最优的。这是进化计算中的一个标准目标，虽然在生物科学中并非总是被接受，但它是适应度最大化时发生情况的潜在假设。这意味着信号通路或系统发育应显示出最小化产生生化产物或表型适应所需步骤数量的证据。本文将证明，“最大中间步骤”原则也可能表征复杂的生物系统，尤其是那些极端历史偶然性或突变与重组组合是关键特征的系统。对现有文献的贡献有两方面：既展示了具有“类生命”属性的工程系统中非最优性的潜力，也展示了自然情境下非最优性的基础。这将通过使用鲁布·戈德堡机械（RGM）类比来证明。将介绍机械RGM及其与概念性生物RGM的关系。将使用框图及其与复杂网络（称为卷积架构）的互连来展示这些生物RGM的范例及其进化（例如，引入突变和类重组倒位）。然后，概念性生物RGM将被映射到一个人工血管系统，该系统可以使用类微流控结构进行建模。将提出理论预期，特别是关于最大中间步骤是否等同于挽救或重用因先前突变或倒位而受损的性状。随后将讨论未来工作和应用的考虑因素，包括将此类卷积架构纳入复杂网络。