圣路易斯華盛頓大學(xué)的新研究表明細(xì)菌可以從過(guò)去學(xué)習(xí)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)

圣路易斯華盛頓大學(xué)的新研究表明，細(xì)菌可以從過(guò)去學(xué)習(xí)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)。

使用計(jì)算機(jī)模擬和一個(gè)簡(jiǎn)單的理論模型，Mikhail Tikhonov和合著者在 eLife 上發(fā)表了一篇論文，該論文展示了細(xì)菌如何通過(guò)學(xué)習(xí)其統(tǒng)計(jì)規(guī)律(例如，哪些營(yíng)養(yǎng)素往往相關(guān))來(lái)適應(yīng)波動(dòng)的環(huán)境，并且速度更快比進(jìn)化試錯(cuò)通常會(huì)允許。

“進(jìn)化的‘學(xué)習(xí)’是司空見(jiàn)慣的。例如，許多生物已經(jīng)進(jìn)化出一個(gè)生物鐘來(lái)遵循 24 小時(shí)晝夜循環(huán)，”藝術(shù)與科學(xué)物理學(xué)助理教授 Tikhonov 說(shuō)。“但是進(jìn)化要經(jīng)歷好幾代人。我們表明，原則上，細(xì)菌可以做我們所做的：從最近的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)相關(guān)性，并相應(yīng)地調(diào)整它們未來(lái)的行為，即使在它們的有生之年也是如此。

“細(xì)菌沒(méi)有大腦，但我們發(fā)現(xiàn)這種信息處理可以通過(guò)一個(gè)不僅簡(jiǎn)單而且類(lèi)似于已知細(xì)菌具有的電路的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，”他說(shuō)。

但是，必須存在三種使能成分。研究人員規(guī)定，這種學(xué)習(xí)只能發(fā)生：如果細(xì)菌的調(diào)節(jié)劑比看起來(lái)需要的多;如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)本身是自我激活的;以及細(xì)菌是否在真實(shí)世界的“非線(xiàn)性”條件下運(yùn)行，而這些條件在模型中經(jīng)常被近似。

通過(guò)以物理學(xué)家的視角研究生物學(xué)，Tikhonov 希望能夠更多地闡明傳統(tǒng)生物學(xué)理論限制研究人員提出的問(wèn)題的方式。

最近的這篇論文為某些細(xì)菌可能使用看似多余的調(diào)節(jié)劑或方法來(lái)調(diào)節(jié)其不同途徑的原因提供了新的假設(shè)。

“我們?cè)谠S多實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中看到的‘浪費(fèi)’冗余和不必要的調(diào)節(jié)器可能令人費(fèi)解，”Tikhonov 說(shuō)。“但科學(xué)家通常在簡(jiǎn)化的環(huán)境或靜態(tài)環(huán)境中研究生物。我們描述的好處只會(huì)在更現(xiàn)實(shí)的、波動(dòng)的條件下表現(xiàn)出來(lái)。

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