生命范围内细胞所进行计算的热力学效率
摘要：生物有生长、繁殖和演化时必须执行计算任务。此外，自从兰道尔边界被提出以来，已经知道所有计算都有一定的热力学成本，而相同的计算可以通过不同的实现方式来实现较大或较小的热力学成本。因此，关于生命演化的一个重要问题是评估生物体执行的计算任务的热力学效率。这个问题既从逼近最大效率计算的角度来看是有趣的（可能是在自然选择的压力下实现的），也从实际角度来看是有趣的，尤其是与当前计算系统相比，我们可以希望工程生物计算机能够实现的效率。在这里，我们展示了翻译的计算效率，定义为消耗的自由能量与每个氨基酸操作相关，比最好的超级计算机高出几个数量级，只比兰道尔边界差一个数量级。然而，这种效率强烈依赖于所讨论的细胞的大小和结构。特别是，我们展示了一个氨基酸操作的{it 有用}效率，即每个氨基酸聚合的能量成本，随着细菌大小的增加而减小，并趋于核糖体的聚合成本。在我们经历了从单细胞到多细胞真核生物的主要演化之后，最大细菌的成本在细胞中不会发生变化。然而，在具有不同生物结构的细菌中，包括从单细胞到多细胞真核生物的转变，在单位质量的总计算速率上是非单调的。
作者：Christopher P. Kempes, David Wolpert, Zachary Cohen, Juan P''erez-Mercader
论文ID：1706.05043
分类：Other Quantitative Biology
分类简称：q-bio.OT
提交时间：2018-02-07