2
เกมวิวัฒนาการของประโยคกับขีดจำกัดความผิดพลาด
HYC-1979Lesson 3: Error Threshold and Early Replicative Units
00:00

ใน เกมวิวัฒนาการของประโยค ประโยคที่มีความหมายใช้แทนไบโอโพลีเมอร์ที่ทำหน้าที่ได้ ความหมายของประโยคขึ้นอยู่กับลำดับตัวอักษรที่แม่นยำ ดังนั้นข้อผิดพลาดในการคัดลอกจึงทำหน้าที่เหมือนการกลายพันธุ์ซึ่งมักทำลายการทำงาน ให้ประโยคมีความยาว ν และให้ q เป็นความแม่นยำในการคัดลอกต่อตัวอักษร ความน่าจะเป็นที่สำเนาทั้งชุดจะปราศจากข้อผิดพลาดคือ การเพิ่มความยาวหรือลดความแม่นยำจึงทำให้การถ่ายทอดที่แม่นยำมีความน่าจะเป็นลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียล

การคัดเลือกเข้ามามีบทบาทผ่าน ข้อได้เปรียบในการคัดเลือก σ: ความเหมาะสม (fitness) ของประโยคที่มีความหมายเมื่อเทียบกับกลุ่มกลายพันธุ์ของมัน สำหรับโมเลกุล σ คืออัตราการจำลองตัว การเร่งปฏิกิริยา หรือการอยู่รอดที่สูงกว่าของลำดับที่ถูกต้องเมื่อเทียบกับกลายพันธุ์ เกมนี้ถามว่าการคัดเลือกสามารถรักษาลำดับที่มีความหมายไว้ได้ตลอดหลายรุ่นหรือไม่ หรือกลายพันธุ์จะเข้ามาแทนที่

เงื่อนไขขีดจำกัดความผิดพลาดสำหรับข้อมูลที่เสถียรคือ สำหรับอัตราความผิดพลาดต่อตัวอักษรที่ต่ำ (1 − q) ค่านี้ประมาณได้เป็น หากอสมการนี้ไม่เป็นจริง ประชากรจะเกิด หายนะความผิดพลาด กล่าวคือ ประชากรจะคลาดเคลื่อนออกจากลำดับที่ทำหน้าที่ได้และสลายกลายเป็นกลุ่มกลายพันธุ์

ขีดจำกัดความผิดพลาดและชะตากรรมของลำดับที่มีความหมายqν σ > 1 รักษาประโยคต้นแบบไว้; qν σ < 1 ก่อให้เกิดหายนะความผิดพลาดq = ความแม่นยำต่อตัวอักษรν = ความยาวของประโยคσ = ข้อได้เปรียบในการคัดเลือกเหนือขีดจำกัด: qν σ > 1ใต้ขีดจำกัด: qν σ < 1ลำดับต้นแบบความหมายยังครบถ้วนสำเนาที่มีความหมายสำเนาที่มีความหมายสำเนาที่มีความหมายสำเนาที่มีความหมายสำเนาที่มีความหมายสำเนาที่มีความหมายสารยังคงอยู่กลุ่มกลายพันธุ์มีขนาดเล็กกลายพันธุ์กลายพันธุ์กลายพันธุ์กลุ่มกลายพันธุ์หายนะความผิดพลาดสารสลายกลายเป็นกลุ่มกลายพันธุ์ลำดับต้นแบบความหมายยังครบถ้วน

ตัวอย่างที่คำนวณให้ดู

หากประโยคที่มีความหมายมีความยาว ตัวอักษร, และ แล้ว สารอยู่ใต้ขีดจำกัดและสูญหายไป การลดความยาวลงเหลือ ให้ผลเป็น ดังนั้นประโยคที่มีความหมายจึงสามารถรักษาไว้ได้

สมมติฐานและการปรับปรุง

เกมพื้นฐานตั้งสมมติฐานว่าความผิดพลาดเกิดขึ้นอย่างอิสระและสม่ำเสมอ มีลำดับต้นแบบเดียว การจัดระเบียบคงที่ และความหมายเป็นแบบทั้งหมดหรือไม่มีเลย เครือข่ายเป็นกลาง (neutral networks) การรวมตัวใหม่ (recombination) การแบ่งเป็นช่อง (compartmentalization) และการเชื่อมโยงแบบไฮเปอร์ไซเคิล (hypercyclic coupling) สามารถเปลี่ยนแปลงขีดจำกัดที่แท้จริงได้ การเพิ่ม σ ยืดความยาวที่ยั่งยืนได้เพียงแบบลอการิทึมเท่านั้น ความแม่นยำสูงจึงจำเป็นสำหรับจีโนมที่ยาว

จุดประสงค์การเรียนรู้
อธิบายว่าเกมวิวัฒนาการของประโยคทดสอบขีดจำกัดความผิดพลาดสำหรับข้อมูลที่เสถียรอย่างไร
หมายเหตุเพิ่มเติม
เกมนี้เชื่อมโยงขีดจำกัดความผิดพลาดเชิงนามธรรมของเสมือนสปีชีส์ (quasi-species) เข้ากับขีดจำกัดข้อมูลระดับโมเลกุล อีกทั้งยังให้ข้อจำกัดที่การจัดระเบียบแบบไฮเปอร์ไซเคิลต้องคำนึงถึงหรือบรรเทาลง