[论文解读] On the "barcode" functionality of the DNA, or The phenomenon of Life in the physical Universe

Simon Berkovich|ArXiv.org|Nov 9, 2001

DNA and Biological Computing参考文献 46被引用 4

一句话总结

本文提出，DNA 作为一种生物‘条形码’——具有分类标签的伪随机数序列——使生物体能够通过码分多址（CDMA）原理接入通用物理基础设施，实现信息处理。该文认为生命作为集体信息处理系统运作，不受传统物理定律支配，而是基于工程设计原则，重新定义了生物信息控制，并挑战了主流宇宙学世界观。

ABSTRACT

The information contained in the genome is insufficient for the control of organism development. Thus, the whereabouts of actual operational directives and workings of the genome remain obscure. In this work, it is suggested that the genome information plays a role of a "barcode". The DNA structure presents a pseudo-random number(PRN)with classification tags, so organisms are characterized by DNA as library books are characterized by catalogue numbers. Elaboration of the "barcode" interpretation of DNA implicates the infrastructure of the physical Universe as a seat of biological information processing. Thanks to the PRNs provided by DNA, biological objects can share these facilities in the Code Division Multiple Access (CDMA) mode, similarly to cellular phone communications. Figuratively speaking, populations of biological objects in the physical Universe can be seen as a community of users on the Internet with a wireless CDMA connection. The phenomenon of Life as a collective information processing activity has little to do with physics and is to be treated with the methodology of engineering design. The concept of the "barcode" functionality of DNA confronts the descriptive scientific doctrines with a unique operational scheme of biological information control. Recognition of this concept would require sacrificing the worldview of contemporary cosmology.

研究动机与目标

• 解决基因组信息本身不足以控制生物体发育的悖论。
• 提出 DNA 的功能角色超越遗传编码——具体而言，作为生物信息处理的唯一标识符或‘条形码’。
• 提出生物系统利用通用物理基础设施进行信息交换，类似于无线 CDMA 通信。
• 挑战主流观点，即生命复杂性完全源于物理定律，转而主张生物信息控制应基于工程设计框架。
• 促使当代宇宙学重新审视其世界观，以应对生命这一运行模型的挑战。

提出的方法

• 将 DNA 建模为带有嵌入式分类标签的伪随机数（PRN）序列，类似于图书馆编目号。
• 将通信技术中的码分多址（CDMA）原理应用于生物信息共享。
• 将生物种群视为共享同一物理信息基础设施的用户网络，类似于无线互联网连接。
• 使用基于 CDMA 的通信系统类比，描述不同生物实体如何共存并处理信息而不相互干扰。
• 提出物理宇宙本质上支持这种信息处理形式，使生命能够作为集体的、工程化系统运行。
• 引入‘条形码’功能概念，作为在多样化系统间组织和路由生物信息的机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果基因组信息不足以控制发育，DNA 如何发挥超越遗传蓝图的作用？
• RQ2 何种物理机制使生物系统能够高效地在不同生物体之间处理和共享信息？
• RQ3 DNA 的结构在何种方式上类似于电信领域中使用的条形码系统？
• RQ4 物理宇宙如何通过共享基础设施支持生物信息处理，类似于 CDMA 网络？
• RQ5 基于 CDMA 的生物信息模型对理解生命起源与控制具有何种意义？

主要发现

• DNA 作为带有分类标签的伪随机数序列，在生物系统中实现唯一标识与信息路由。
• 生物体可通过类似 CDMA 的机制共享同一物理信息基础设施，实现同时、无干扰的信息处理。
• 生命现象被重新解释为集体的、工程化信息处理活动，而非仅由基本物理定律产生。
• 所提出的条形码模型意味着生物信息控制采用与传统描述性科学不同的运行机制。
• 若承认该模型，将要求宇宙学世界观的根本性转变，因其将生命重新定位为嵌入通用物理基础设施中的设计化信息体系。