2
Trò chơi tiến hóa câu và ngưỡng sai số
HYC-1979Lesson 3: Error Threshold and Early Replicative Units
00:00

Trong trò chơi tiến hóa câu, một câu có nghĩa đại diện cho một polymer sinh học chức năng. Ý nghĩa của nó phụ thuộc vào trật tự chính xác của các chữ cái, nên các lỗi sao chép đóng vai trò như đột biến, thường phá hủy chức năng. Giả sử câu có độ dài ν và q là độ chính xác sao chép của từng chữ cái. Xác suất để một bản sao hoàn chỉnh không có lỗi là . Do đó, việc tăng độ dài hoặc giảm độ chính xác sẽ làm cho khả năng di truyền chính xác giảm theo cấp số nhân.

Chọn lọc xuất hiện thông qua lợi thế chọn lọc σ: độ thích nghi của câu có nghĩa so với đám đột biến của nó. Đối với các phân tử, σ là tốc độ sao chép, xúc tác hoặc tồn tại cao hơn của trình tự đúng so với các thể đột biến của nó. Trò chơi đặt câu hỏi liệu chọn lọc có thể duy trì trình tự có nghĩa qua các thế hệ hay không, hay liệu các thể đột biến sẽ chiếm ưu thế.

Điều kiện ngưỡng sai số cho thông tin ổn định là . Với tỷ lệ lỗi nhỏ trên mỗi chữ cái (1 − q), điều này xấp xỉ . Nếu bất đẳng thức không đúng, quần thể sẽ trải qua thảm họa sai số: nó rời xa trình tự chức năng và tan biến thành một đám đột biến.

Ngưỡng sai số và số phận của một câu có nghĩaqν σ > 1 bảo toàn câu gốc; qν σ < 1 gây ra thảm họa sai sốq = độ chính xác từng chữ cáiν = độ dài câuσ = lợi thế chọn lọcTrên ngưỡng: qν σ > 1Dưới ngưỡng: qν σ < 1Trình tự gốcý nghĩa còn nguyên vẹnBản sao có nghĩaBản sao có nghĩaBản sao có nghĩaBản sao có nghĩaBản sao có nghĩaBản sao có nghĩaThông điệp được bảo toànĐám đột biến vẫn nhỏ.Đột biếnĐột biếnĐột biếnđám đột biếnThảm họa sai sốThông điệp tan biến thành một đám đột biến.Trình tự gốcý nghĩa còn nguyên vẹn

Ví dụ minh họa

Nếu một câu có nghĩa có chữ cái, , và , thì . Thông điệp nằm dưới ngưỡng và bị mất. Rút ngắn xuống cho kết quả , nên câu có nghĩa có thể được duy trì.

Các giả định và tinh chỉnh

Trò chơi cơ bản giả định các lỗi độc lập và đồng đều, một trình tự gốc duy nhất, tổ chức không đổi, và ý nghĩa theo kiểu được hoặc mất. Các mạng trung tính, tái tổ hợp, phân chia ngăn, và liên kết siêu chu trình có thể thay đổi ngưỡng hiệu dụng. Việc tăng σ chỉ kéo dài độ dài bền vững theo hàm logarit, nên độ chính xác cao là thiết yếu đối với các bộ gen dài.

Mục tiêu học tập
Giải thích cách trò chơi tiến hóa câu kiểm tra ngưỡng sai số đối với thông tin ổn định.
Ghi chú bổ sung
Trò chơi liên kết ngưỡng sai số trừu tượng của giả loài với các giới hạn thông tin phân tử. Nó cũng đưa ra một ràng buộc mà tổ chức siêu chu trình phải tuân thủ hoặc giảm thiểu.