化学电脑问题生活的逻辑

生活是一个化学计算吗?历史告诫我们要小心这样的配方。我们总是解释生物学方面的最新技术,不管是牛顿发条的机械或电气电路,否则没有理由假设我们做现在当我们调用信息技术。巧合的DNA是想象的线性字符串存储信息时磁带开始被用于存储计算机数据。

不过,这个想法是令人信服的。它取决于遗传信息的概念不仅是存储,传输和读取的细胞,但这信息处理也发生在这个级别。细胞可以表示计算基于信号是他们收到周围环境(一般,从其他细胞)。

GATC + +

但如果这一观点是有效的,计算究竟是怎么发生的?常见的解释说,它源于一种分子继电器线路中,一个分子的激活,也许在一系列的绑定事件和酶的转换。化学的作用是确定这分子将绑定。而毫无疑问,分子识别是非常重要的分子生物学,现在有理由认为这是过于简单——尤其是因为它有时涉及短暂的自组装分子复合物,似乎也不可能考虑到动力学,细胞的扩散限制和障碍。

无论如何,这也提出一个信息单向流动,从基因组向上:蛋白质,蛋白质组装,细胞状态和整个组织。但是越来越多的问题被问及什么其他信息传递方式和处理生命系统可能使用不依赖于高度选择性在分子尺度上的事件。

过程涉及反应扩散机制——结果如细胞状态可能是由之间的竞争扩散传质和化学反应——已知控制一些方面的形态发生,以及全球的状态细菌菌落。这样的化学系统可以产生两种动态模式,喜欢的化学波Belousov-Zhabotinsky反应,和静态模式类似假定由阿兰·图灵,这是许多动物的可能来源的标记。

已经认识了十多年,这种化学系统可以配置为执行真正的计算任务。¹但这种通常的化学计算机像天方夜谭,人工系统。这是另外一回事了,假设这样的计算可能出现在自然系统像活细胞。

扩散思维

在最近的一次预印本,马修埃格伯特哈佛大学和他的同事提出了一个方案,一个自催化化学反应扩散过程可能作为网络的逻辑门进行数字计算。²他们的系统不需要仔细安排反应室连接的管道或电线;它可以简单地均匀,纯粹的增值税的成分。

团队曾表明搅拌好(制服)化学混合物可以作为单个逻辑门(一个不或NAND)实施的外部条件的变化,如流入利率或光。³关键是,这些外部条件不开车或开信息处理,而只是启用它。你可能认为轻轻摇晃的化学系统保持足够响应两种不同的状态之间切换(与不同浓度的产品,说)。

这项新的研究解释了扩散仅从这样一个逻辑门可以传输信息到另一个在一个沐浴的反应物。如果两个盖茨是相同的,然后扩散无法奏效,因为“下游”门回一个“上游”行为。但方向性,因此盖茨的计算机网络,可以实现如果有空间梯度在外部条件如温度或光线。化学门fuzzy-edged,但媒介作为一个整体可以作为数字电路,可以举个例子,和输入信号。

生命系统还没有知道,使用这样的原则来处理信息——比如,通过总结在细胞壁和细胞质中的输入信号使用的输出开关基因。也许进化从来没有任何使用它,并且研究人员承认,这似乎是不可能的(进化)将生产出一模一样我们这里有工程。“但他们补充说,这是一个选择的。