遗传算法杂记

 米勒实验

一种模拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物（特别是氨基酸），以论证生命起源的化学进化过程的实验。1952年由美国芝加哥大学研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成。

以下表格摘自维基百科，在多个模拟原始地球的实验中，由无机物合成出多种氨基酸。

	"Classic" 1952 experiment	Volcanic spark discharge experiment (2008)	H2S-rich spark discharge experiment (2010)
Glycine	*	*	*
α-Alanine	*	*	*
β-Alanine	*	*	*
Aspartic acid	*	*	*
α-Aminobutyric acid	*	*	*
Serine		*	*
Isoserine		*	*
α-Aminoisobutyric acid		*	*
β-Aminoisobutyric acid		*	*
β-Aminobutyric acid		*	*
γ-Aminobutyric acid		*	*
Valine		*	*
Isovaline		*	*
Glutamic acid		*	*
Norvaline		*
α-Aminoadipic acid		*
Homoserine		*
2-Methylserine		*
β-Hydroxyaspartic acid		*
Ornithine		*
2-Methylglutamic acid		*
Phenylalanine		*
Homocysteic acid			*
S-methylcysteine			*
Methionine			*
Methionine sulfoxide			*
Methionine sulfone			*
Isoleucine			*
Leucine			*
Ethionine			*

 

生命起源

当前被大量认可的RNA世界学说，认为地球上早期的生命分子以RNA先出现，之后才有蛋白质和DNA。且这些早期的RNA分子同时拥有如同DNA的遗传讯息储存功能，以及如蛋白质般的催化能力，支持了早期的细胞或前细胞生命的运作。“RNA世界”一词则是由诺贝尔奖得主沃特·吉尔伯特（Walter Gilbert）于1986年提出，是依据现今RNA具有各种不同型态的催化性质所做的推论。

可以假设，地球最初在原始环境下产生有机物，随机发生着许多种反应。当其中一种大分子（如RNA）具有复制的能力时，生命即产生。RNA一方面包含个体信息的编码；另一方面根据编码的不同可以折叠成多种结构，具有一定的催化能力，极大加速反应。在自然选择和变异下，发展成DNA+RNA+蛋白质的生命形态。

 

蛋白质

通过20种氨基酸组合长度和次序的变换，蛋白质能实现几乎所有的理论上能实现的结构。

下图是著名的分子马达。

生命体的一切活动，追踪到分子水平都是分子马达利用ATP水解为ADP能量产生形变。

以下摘自科恩伯格《酶的情人》。

在一次关于乳清酸降解酶的学术讨论会上，我发现 华盛顿大学化学系的听众正在溜走。也许他们想听到有关“性感的核酸”的内容。在尽力吸引他们注意的最后努力中，我大声宣布， 没有酶的作用就没有细胞化学的发生。这时，约瑟夫.肯尼迪 (Joseph Kennedy),这位聪明的年轻主席醒悟了： “你正试图告诉我们，一些像二氧化碳的水合作用(合成碳酸氢盐)需要酶这样一个简单的事实，是吗？ ”这正中我的下怀。“是的，乔，有一种碳酸酐酶， 它能使反应速度提高100万倍。”

自然选择的基数

生活在海洋里的翻车鱼，一次可产卵3亿粒，存活率不到百万分之一。

正是数十亿年来庞大的生命基数，产生了现今数千万种生命。

生存没有最优解，自然界没有梯度下降，只有随机搜索。

以下摘自张晓风《敬畏生命》。

我不能不被生命豪华的、奢侈的、不计成本的投资所感动。也许，在不分昼夜的飘散之余，只有一颗种子足以成树，但造物主乐于做这样惊心动魄的壮举。

自然选择

自然选择只需要生存和繁衍。

然而没有生物能准确预知即将到来的环境变化，一个环境内的更适应可能在另一个环境内成为更不适应。

镰刀型细胞贫血病 是血红蛋白分子遗传缺陷造成的一种疾病，患者的红细胞缺氧时变成镰刀形，失去输氧的功能，许多红血球还会因此而破裂造成严重贫血，甚至引起病人死亡。

这种病常见于非洲和美洲黑人，镰刀型细胞杂合基因型在人体本身并不表现明显的临床贫血症状，而对寄生在红血球里的疟原虫却是致死的，红血球内轻微缺氧就足以中断疟原虫形成分生孢子，终归于死亡。

 

适应度

自然界没有最优解。

三叶虫统治地球3亿年，恐龙统治1.5亿年，如今只存在于化石。