信息遗传学概论

遗传可被视为是极长时间尺度上的基因组信息传递。然而，基因组会在像人类生命这样短暂的时间尺度上产生偶发性错误（即突变），并可能导致显著的影响。香农1948年发表的《通信的数学原理》开创了信息论这一新领域，证明了通过一个不可靠（即可能出现错误）的信道进行可靠的信息传输是可能的，但能可靠传递的信息有一个容量，超过了这个极限，可靠通信就不再可能了。近年来随着Turbocodes等纠错编码的发明，在电子通信工程中以接近容量的方式可靠地传输信息已成为现实。我们日常生活的很多电子设备（如手机、CD、DVD、数字电视等）若没有高效的纠错码是无法工作的。遗传作为自然界在长久以前已解决的一个工程问题，也能通过信息论的角度来研究。DNA的传输容量很容易以指数形式迅速衰减，这意味着必须使用纠错码来再生基因组，才能可靠地传递遗传信息。假设这样的纠错编码确实存在，就可以解释生命世界的基本特征，如分立物种及其等级分类、连续世代的必需性，甚至是向复杂生物进化的趋势。本书有两大目的，一是向遗传学家展示信息论和纠错码是遗传信息传递的必要工具，讨论了使用它们的一些生物学结果，并提出了基因编码的假设猜测。另一个目标是促使通信工程师对遗传学和生物学产生兴趣，以拓宽他们的视野，超越技术领域，向杰出的工程师大自然学习。此书是世界图书出版公司“香农信息科学经典”系列图书中的一种。这个书系包含信息科学各个领域的图书，如信息论、通信与网络、信号处理、机器学习、理论计算机科学、量子信息科学等。“香农信息科学经典”以被世人称为“数字时代之父”和“信息时代之父”的克劳德·香农（ClaudeE.Shannon,1916.4.30C2001.2.24）为名。书系的策划者为从香农所在的美国麻省理工学院归国的信息科学家。书系中除了包含信息领域传统分支的图书，还包括像“人工智能的信息论方法”与“信息科学中的博弈论”等前沿交叉学科的子系列。关于书系与香农的更多介绍，请见世图公号文章《一个新书系的诞生――香农、信息时代与“香农信息科学经典”》。