我們知道，生物體的基因型是由DNA序列組成的，而表型是由基因型所編碼的特征，比如眼睛的顏色、身體的形狀或者蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)?；蛐秃捅硇椭g的關(guān)系被稱為基因型-表型映射（GP映射），它是生物進化的核心機制之一。GP映射決定了一個生物體在面對突變時能否保持其表型不變，或者能否產(chǎn)生新的表型變異的能力。這種能力被稱為突變穩(wěn)健性，它是衡量GP映射質(zhì)量的一個重要指標。
突變穩(wěn)健性可以分為兩種：基因型穩(wěn)健性和表型穩(wěn)健性?；蛐头€(wěn)健性是指一個給定的基因型在發(fā)生突變后仍然保持相同的表型的概率。表型穩(wěn)健性則是指所有映射到一個給定表型的基因型的平均基因型穩(wěn)健性。表型穩(wěn)健性反映了一個表型在GP映射中所占據(jù)的空間大小，也就是說，它反映了一個表型有多少個不同的基因型可以實現(xiàn)。表型穩(wěn)健性越高，意味著一個表型越容易在進化過程中被發(fā)現(xiàn)和保留，也越容易在中性漂變中探索新的表型變異。
那么，什么樣的GP映射可以使表型穩(wěn)健性達到最大呢？這個問題并不容易回答，因為GP映射有很多種可能的形式和復(fù)雜度。為了簡化問題，我們可以考慮一些理想化的模型，比如二進制字符串作為基因型，而某些離散值作為表型。這樣，我們就可以用數(shù)學和計算機科學的工具來分析和模擬GP映射。
在最近發(fā)表的一篇論文中，作者使用了編碼理論和數(shù)論的一些結(jié)果，來證明了一個非常有趣和美麗的定理：在二進制字符串上定義的GP映射中，當且僅當基因型被組織成磚瓦圖（bricklayer’s graphs）時，表型穩(wěn)健性才能達到最大值。磚瓦圖是一種特殊的哈明圖（Hamming graph），它類似于砌墻工人如何填充一個哈明圖。哈明圖是一種用來表示二進制字符串之間距離的圖形結(jié)構(gòu)。磚瓦圖是哈明圖中一種具有高度對稱性和規(guī)則性的子圖，它可以用一種遞歸的方式來構(gòu)造。
作者還給出了這個最大值是多少，并且發(fā)現(xiàn)它是由一個分形函數(shù)給出的，這個函數(shù)叫做布朗芒函數(shù)（blancmange function），也叫做數(shù)字和函數(shù)（sums-of-digits function）。這個函數(shù)是連續(xù)但無處可導(dǎo)，它的性質(zhì)非常奇妙，可以用來描述一些自然界中的現(xiàn)象，比如山脈的輪廓或者海岸線的長度。
更令人驚訝的是，作者發(fā)現(xiàn)了一些真實的GP映射，比如RNA二級結(jié)構(gòu)和HP模型的蛋白質(zhì)折疊，它們的表型穩(wěn)健性竟然恰好等于這個理論上的最大值！這說明了這些GP映射具有非常高的優(yōu)化程度，也說明了這個理論結(jié)果在生物學上具有重要的意義。
作者還探討了當表型被粗?；瘯r，表型穩(wěn)健性會如何變化，并且推導(dǎo)出了一個公式和一些界限，來描述不同粒度的表型之間的轉(zhuǎn)換概率。粗?；侵笇⒁恍┘毠?jié)相似或者功能相似的表型合并成一個更大的表型類別，這樣可以簡化GP映射的復(fù)雜度，也可以揭示一些更高層次的規(guī)律。
總之，這篇論文展示了一個非常優(yōu)美和深刻的結(jié)果，它將數(shù)學、物理、計算機和生物學等多個領(lǐng)域的知識和方法結(jié)合起來，揭示了GP映射中的一個普遍性質(zhì)。它不僅提供了一個理解和評估GP映射質(zhì)量的工具，也為進一步探索GP映射中的其他特征和規(guī)律提供了啟發(fā)和靈感。
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