Учени разкриха тайната на това как живите организми извличат информация от шума

Учени от Федералната политехническа гимназия в Лозана (EPFL) и Института по физика на сложните системи „Макс Планк“ представиха нов модел, който обяснява как живите организми извличат информация от шумна среда. Изследването се фокусира върху това как бактериите, клетките и другите форми на живот използват минимални ресурси, за да разчитат точно информацията от околната среда въпреки излагането на шум и ограничения енергиен капацитет.

Живите организми, като бактериите имат уникалната способност точно да улавят промените в околната среда, като например химически градиенти, за да откриват по-хранителни зони. Подобни процеси протичат и на клетъчно ниво, където клетките събират информация, за да формират стабилни структури въпреки постоянните колебания на околните фактори.

Авторите на изследването подчертават, че прецизността в биологичните системи изисква разход на енергия и колкото по-висока е прецизността, толкова повече енергия се изразходва. Тази концепция е добре позната в стохастичната термодинамика. Живите системи се сблъскват с необходимостта да намерят баланс между максималната точност и минималния разход на енергия.

Основният принос на работата е създаването на модел, който описва механизма на трансдукция (процес на предаване на сигнал), включващ няколко нива на взаимодействие.

Учените са използвали инструментите на теорията на информацията и стохастичната термодинамика, за да определят количествено как системите събират информация от околната среда. Те установили, че чрез правилно настройване на взаимодействията между елементите на системата събирането на информация може да се оптимизира дори при ограничени енергийни ресурси и условия на ограничено време за наблюдение.

Интересно приложение на този модел е изследването на динамиката и термодинамиката на мембраните на червените кръвни клетки. По-рано се смяташе, че тяхното „мигане“ е свързано с топлинни флуктуации, но съвременните данни показват различен механизъм, който е извън състоянието на термодинамично равновесие. Учените установяват, че с увеличаване на активността на цитоскелета мембраната на червените кръвни клетки е в състояние да събира повече информация за вътрешната динамика на клетката, което подкрепя предложения модел.

Изследването открива и перспективи за изучаване на по-сложни биологични процеси, като например механизмите за обратна връзка и адаптация, които позволяват на живите системи да се приспособяват към промените в околната среда.