细菌选择最佳性价比来预测未来

导读 预测未来可能事关生死。试想一下,每次你过马路时,你都会预测这是否可能而不被碾过。实验表明,即使是细菌等单细胞生物也可以预测未来。细...

预测未来可能事关生死。试想一下,每次你过马路时,你都会预测这是否可能而不被碾过。实验表明,即使是细菌等单细胞生物也可以预测未来。细菌越能更好地预测环境的变化,它们的生存机会就越大。

来自PieterReintenWolde理论小组的AMOLF研究人员发现,大肠杆菌会收集具有最佳性价比的信息来预测未来。研究人员将研究结果发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。

任何系统,无论是人类、细菌还是机器人,都必须根据过去的信息来预测未来。首先需要存储这些信息。我们在大脑中做到这一点,而细菌是在细胞中的蛋白质和能量(所谓的生化网络)的帮助下做到这一点的。最终,系统预测未来的能力始终受到其存储的过去信息的数量和质量的限制。

信息的性价比

研究人员的工作表明,大肠杆菌并不能收集最具预测性的信息。这让他们感到惊讶,因为如果更好的预测提供了更大的生存机会,那么为什么细菌不使用最可靠的信息来做出这些预测呢?进一步的分析表明,大肠杆菌确实采用了不同的方法,即收集具有最佳性价比的信息。这一选择有一个有趣的原则支撑。

最新的信息是最有价值的:如果您知道一辆车现在在哪里,那么您安全过马路的机会比您知道该车十秒前在哪里的机会更大。然而,获取最新信息的成本也很高。因此,如果您需要在固定预算的情况下收集尽可能多的预测信息,那么存储大量不太可靠但更便宜的信息是值得的。该信息的性价比较好。

因此,考虑到蛋白质和能量方面的可用预算,大肠杆菌可以做出最佳预测。这表明信息价格对于大肠杆菌等简单细菌起着重要作用。

所确定的原则,即系统必须在信息的预测价值和信息的价格之间进行权衡,远远超出了大肠杆菌的范围。所开发的理论不仅提高了我们对当前生物系统的理解,而且还可以用于设计能耗最小的高效机器人。