四、自复制自动机的核心

图片：http://informatics.indiana.edu/rocha/ss504_5.html

假设自动机 X的符号串（用二进制代码表示的自动机）是Φ(X)。

我们可以设计一台通用构造器（Universal constructer）A，当我们把Φ(X)喂给A的时候，它就能够逐步地利用悬浮在周围的零件，把 X 一点点的组合出来。

存在一台通用拷贝机器B(copy automaton)，当我们把任何描述输入B的时候，B 就会制造出同样的两份描述出来。

把机器A和B组合在一起，并给 A+B 添加一个控制器C。C按照下列方式对A和B施加控制：C先命令B拷贝两份描述Φ(X)；然后再命令A按照Φ(X)来实际制造X，并把其中的1份Φ(X)拷贝去掉；最后，C会把X和剩下的那份Φ(X)捆在一起，并把它们从机器A+B+C 的组合中间分离出去，这样一来，我们就制造出了 X+Φ(X)这样的组合。

我们用（A+B+C）来代替X，并进行上述同样的操作，那么(A+B+C)+Φ(A+B+C)的自动机组合，就可以制造出自动机组合：(A+B+C)+Φ(A+B+C)出来。  五、自复制自动机的进化

让X代表A+B+C+D，这里D代表任何自动机。那么(A+B+C)+Φ(A+B+C+D)就可以制造出(A+B+C+D)+Φ(A+B+C+D)。换句话说，自复制机器不仅仅有复制自己的能力，还可以顺便生产出其他的组件 D 的能力。这就是任何自复制生命都具备的功能：在复制自身的时候，它还会创造出副产品。

作为一个系统，(A+B+C+D)可以发生类似变异的过程。“变异”是指中间有一个零件发生随机的变化。如果是A、B或者 C 的一个零件发生了变化，那么系统通常就会失去自复制的能力。但是如果变异发生在描述Φ(A+B+C+D)上面，那么系统制造出的就不再是它自己，而是修改后的自己，下一代自动机能否继续复制取决于变异发生的具体位置。如果A、B 或者 C发生了变化，那子代自动机就会“绝后”。但是如果变异发生在D 的描述上，那么除了 D变成了D’之外，变异的子代同母体系统完全相同。之后的子代会把这个变异D’继承下去。这就是可遗传变异的基本过程。这套系统已经具备了可遗传变异的基本特性。大多数随机变异都是致命的，但是也可能偶尔会发生非致命乃至是可遗传的变异。

如果用X代表“身体”，Φ(X)：基因，A：子宫，B：卵巢、精囊，

则C：代表生殖系统中的调控和控制机制，如激素调节和生殖过程的精细控制。这些控制机制确保了生殖过程的正常进行，从而使得基因（Φ(X)）和身体（X）得以成功地结合和繁衍。（GPT-4）

D：新模块、新功能（逐步演化成新物种）。

关于“C”：

《未来大历史》大卫·克里斯蒂安

第3章　细胞何以管理未来？

DNA包含着信息，就像是菜谱一样，但它实际上做不了任何事。在某一时刻决定细胞行为的是此刻真正派上用场的基因组合。而被称为转录因子(transcription factor)的工作分子的活动则起决定作用。这些转录因子能感知到细胞内外的情况，它们会运用这些信息来“决定”还需要生产哪些分子或者需要把哪些新的分子丢弃。转录因子会潜入DNA当中，破解其制造相关分子的指令。然后，它就会开启分子的生产过程（或者让不再需要的蛋白质停止生产）。无论什么时候，生物的基因组中只会有某些基因得到“表达”。基因组的其他部分都被关闭或者等待被读取使用的那一刻（有时，它们得永远等下去）。在某一特定时刻决定哪些基因派上用场的过程被今天的生物学家称为表观遗传(epigenetic)过程。它们不会让基因组发生改变，但它们确实影响着特定的基因何时得以表达以及如何表达。这些非遗传性因素决定基因会在何时以何种方法派上用场。这些过程会告诉细胞此刻正在发生什么，又该为哪些情况做好准备。

在DNA双链外有许多的表观遗传活动：蛋白质和RNA分子掌握的新信息关乎迫在眉睫的威胁或是潜在的机会，用分子级的扳手和杠杆来拆解特定的DNA阶梯——要么读取该部分的遗传密码，要么让其难以发挥作用。如果需要某种新的蛋白质，某种特别的分子级转录因子就会沿着DNA双链寻找某个特定的基因。当转录因子找到这个基因时，它便会拆开几级碱基对阶梯，把螺旋阶梯的那一部分撬走。转录因子还会找来信使RNA(mRNA)。在这段已经暴露在外的基因中，RNA会读取其碱基对的字母序列并加以储存。

然后这几级被打开的阶梯又会被锁回去，而信使RNA现在带着的便是一份碱基对清单——制造蛋白质新品的配方。它会就此向着细胞质进发，并停靠在某个核糖体（各种蛋白质的集合体）面前，而RNA的作用有点像3D打印机。核糖体抓住信使RNA，读取它从DNA那儿拷贝来的氨基酸订单。然后，核糖体就会在周围抓所需的氨基酸，把它锁定在长链的某个位置上并确保顺序正确，这样某种特定的蛋白质就能制造出来了。由300个氨基酸组成的蛋白质，核糖体只需一分钟就能制造出来。