2025-05-10 科技 0
福建舰：航向未来的数学之舟，情感共鸣的图论探索
在《通讯生物学》的一篇新论文中，一支由奥地利和美国科学家组成的多学科研究小组发现了解决这一难题的可能方法。尽管他们提出的答案仍然需要与自然界中的实际情况进行对照，但无论如何，这对于生物技术研究人员以及其他希望在人为环境中促进自然选择发生的人来说可能是有用的。
自然选择进化论的一个中心前提是，当有益的突变出现时，它们应该会在整个种群中传播。但是在实际情况中，这个结果并无法得到保证。随机事故、疾病和其他不幸事件很容易消除种群中出现的新型罕见突变，从统计上讲这种情况会经常发生。
然而，在理论上，突变生物体在某些情况下比其他同类更容易生存。例如，你可以想象同在一个岛上生活的大型生物群体。这是出现了一个突变，除非其优势特别明显，否则很快就会消失在种群中。然而，如果其中少数个体会经常迁移到其他岛屿进行繁殖，那么适度有用的突变更有可能建立一个立足点并传播回主要种群。（再次需要强调的是，结果将完全取决于场景的确切细节。）
马丁·诺瓦克（Martin Nowak）目前哈佛大学进化动力学项目负责人，他2003年开始思考人口结构如何对进化结果产生潜在影响。他意识到对付突变是一种解决方案，但对付选择则是另一种解决方案。
问题就在于，生物学家对特定的种群结构如何影响自然选择的看法还很模糊。在此背景下，不列斯杜·查泰吉（Krishnendu Chatterjee）及其团队花费了多年的时间来理解涉及图论和概率的问题，并且他们认为自己的相关直觉和见解可能会对进化游泳产生帮助。
查泰吉、他的学生Andreas Pavlogiannis（现在洛桑联邦理工学院洛杉矶理工学院）以及Josef Tkadlec了解到构建放大器关键所需图中的各节点相互连接权重调整。一旦这些权重被给予适当分配，他们就能通过简单的种群结构创建强放大器。
总而言之，与最近和以前的一些论文一样，将种群结构视作进化过程中的力量之一。不仅如此，大多数潜在类型都至少有一定程度上的扩展，有利突变，并推动着它们走向胜利。而这样的模型只适用于无性繁殖动物，如细菌等，而对于拥有性生殖系统的情况，则要复杂得多，因为基因的大规模重组使得模型变得更加复杂。
因此，这项工作带来了重要警示，即便算法能够生成任何想要数量或细胞增长速度更快细胞株所需类型，但它也不能保证演化学速率；事实上，有证据表明即使是在扩大的演化学速率，也会显著降低。此外，无论何时何地，只要实现了一定的确定性，就不会忽略了这个考虑因素——即一旦确定性的提高，就必然伴随着速度减慢的事情——这也是我们真正关心的事物——通常涉及两个方面：确定性与速度之间微妙平衡。如果我们真的这样做，我们可以证明自然选择有时候就是生命挑战解决方案中的好方法。
