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物理学 > 生物物理

arXiv:2501.00396 (physics)
[提交于 2024年12月31日 (v1) ,最后修订 2025年5月14日 (此版本, v2)]

标题: 复制系统中的信息界限生产

标题: Information bounds production in replicator systems

Authors:Jordi Piñero, Damian R. Sowinski, Gourab Ghoshal, Adam Frank, Artemy Kolchinsky
摘要: 我们研究了能够以功能方式使用信息的最小复制系统。 我们考虑了一个在流动反应器中的自催化复制子群体,它们受到波动环境的影响。 我们根据信息论量导出了复制子产生的表达式,反映了环境不确定性、辅助信息和分布失配的独立贡献。 我们还推导了准备复制子浓度的最佳策略以及生产力提高的通用信息论界限。 我们将我们的发现与现有结果进行了比较和对比,包括信息论中的“凯利赌博”和进化生物学中的“替代负荷”。 结果在一个真实世界自组装分子复制子模型上得到了说明。 在这个现实系统中,我们展示了在具有时间相关性的环境中内部记忆的好处,并提出了一个可能的实验设置来检测功能性信息的特征。 我们简要讨论了信息处理可能在指导前生物复制网络的演化中所起的作用。
摘要: We investigate minimal replicator systems that are able to use information in a functional manner. We consider a population of autocatalytic replicators in a flow reactor that are subject to fluctuating environments. We derive expressions of replicator production in terms of information-theoretic quantities, reflecting separate contributions from environmental uncertainty, side information, and distribution mismatch. We also derive the optimal strategy for preparing replicator concentrations, as well as a universal information-theoretic bound on the increase of productivity. We compare and contrast our findings with existing results, including 'Kelly gambling' in information theory and 'substitutional load' in evolutionary biology. The results are illustrated on a model of real-world self-assembled molecular replicators. In this real-world system, we demonstrate the benefit of internal memory when subjected to environments with temporal correlations, and we propose a plausible experimental setup for detecting the signature of functional information. We briefly discuss the role that information-processing may play in guiding the evolution of prebiotic replicator networks.
评论: 17页,5个图
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 适应性与自组织系统 (nlin.AO)
引用方式: arXiv:2501.00396 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:2501.00396v2 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.00396
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Jordi Piñero [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 12 月 31 日 11:20:26 UTC (2,321 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 5 月 14 日 20:24:21 UTC (1,396 KB)
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