书名:复杂(第一推动丛书·综合系列)
作者:梅拉妮·米歇尔
译者:唐璐
出版社:湖南科学技术出版社
出版时间:2018-01-01
ISBN:9787535794369
第12章 生命系统中的信息处理
- 什么是信息处理
- 传统计算机中的信息处理
- 元胞自动机中的信息处理
- 免疫系统
- 蚁群
- 生物代谢
- 这些系统中的信息处理
七、这些系统中的信息处理
2、信息是如何被传递和处理的
3)微粒化探测
复杂生物系统绝大多数都有微粒化结构,它们由大量相对比较简单的个体组成,个体以高度并行的方式协同工作。
这种结构有几个可能的好处,稳健、效率高、可以演化。
还有一个额外的好处就是微粒化并行系统能进行侯世达所说的“并行级差扫描(parallel terraced scan)”。
他指的是对许多可能性和路径同时进行探测,某项探测所能获得的资源依赖于其当时的成效。
搜索是并行的,许多可能性被同时探测,但是存在“级差”,意思是并不是所有可能都以同样的速度和深度进行探测。
利用获得的信息不断调整探测,从而有所侧重。例如,免疫系统需要随时确定,在病原体可能形状的庞大空间中,哪部分区域需要用淋巴细胞进行探测。
体内每个淋巴细胞都可以看作形状空间的微小探测器。
探测器的形状范围越成功(与抗原结合得越紧密),获得的探测资源也就越多,即后代淋巴细胞越多;形状范围不成功的(结合不紧密的淋巴细胞)则得不到那么多资源。
不过,在处理获得的信息的同时,免疫系统也在不断产生新的淋巴细胞,用来探测全新的形状范围。这样系统在应对当前状况的同时,也不会忽略新的可能性。与此类似,蚂蚁搜寻食物时也使用并行级差扫描策略:
开始时许多蚂蚁随机寻找食物。一旦在某个方向发现了食物,就会分派更多的系统资源(蚂蚁),通过前面描述的反馈机制,进一步探测这个方向。
路径得到的探测资源不断通过其相对绩效——所发现食物的数量和质量——进行动态调整。
但是,由于蚂蚁数量很多,再加上具有随机性,绩效不好的路径也会继续探测,当然分派的资源会少得多。谁知道呢,说不定就能发现更好的食物源。在细胞代谢机制中,微粒化探测是由代谢途径实现的,每条途径执行特定的任务。
代谢途径的反应速度受其本身和其他途径的反馈影响。反馈通过分子浓度变化的形式体现,从而使得各途径的相对速度可以不断根据细胞的当前需求进行调整。
此外,系统微粒化的特性不仅使其能探测各种不同的路径,同时也使得系统能够连续地调整探测路径,因为采取的动作都相对较小。而如果更加粗粒化,就很有可能在没有绩效的探测路径上浪费时间。因此,探测的微粒化特性使得系统能根据其获得的信息连贯地对探测进行调整。不仅如此,微粒化系统天生具有冗余度,因此即使有个体组分不能可靠工作,获取的信息也只是统计性的,系统还是能正常运转。冗余度使得对信息有许多独立的采样,而且只有大量组分采取同样的微粒化行动时才会产生效果。