Przez wiele lat zdolność przystosowywania się do zmieniających się warunków uważana była za cechę charakterystyczną złożonych organizmów żywych. Teraz naukowcy stworzyli system, który naśladuje tę zdolność adaptacji w probówce, zacierając granice między biologią a informatyką.
Wyobraź sobie pracowity zakład chemiczny, w którym różne cząsteczki nieustannie konkurują o zasoby. W ten sposób badacze z instytucji w Holandii i Australii zbudowali od podstaw „komputer” decyzyjny. Stworzyli sieć enzymów zwanych proteazami, które konkurują ze sobą o dostęp do specjalnych peptydów. Te interakcje nie zostały zaprogramowane; zamiast tego system organizuje się w oparciu o przychodzące sygnały, podobnie jak komórka biologiczna reaguje na swoje otoczenie.
Ten chemiczny koktajl może zrobić więcej niż tylko reagować — on się uczy. Naukowcy wykazali to, pokazując, że ich system dokładnie wykrywał zmiany temperatury w zakresie od 25°C do 55°C z imponującą dokładnością (około 1,3°C).
Symulacja złożoności życia
Istoty żywe są mistrzami w zbieraniu i przetwarzaniu informacji ze swojego otoczenia — niezależnie od tego, czy wykrywają składniki odżywcze, wykrywają zmiany światła czy wyczuwają wahania temperatury. Tego niesamowitego osiągnięcia nie można osiągnąć za pomocą magii; Wewnątrz komórek złożone sieci cząsteczek nieustannie oddziałują i reagują.
Naukowcy od dawna fascynują się tymi „segmentami sieci” – powtarzającymi się wzorcami, które występują w naturalnych sieciach chemicznych. Wykorzystali te motywy jako plany do stworzenia sztucznych systemów naśladujących niektóre aspekty biologicznego przetwarzania informacji. Jednak całkowite odtworzenie całej złożoności organizmów żywych pozostawało dotychczas nieuchwytne.
Interakcje rekurencyjne: klucz do zdolności adaptacyjnych
Przełom polega na włączeniu czegoś, co nazywa się „interakcjami rekurencyjnymi” – gdzie wynik reakcji staje się częścią wejścia, tworząc błędne koło ciągłych zmian i adaptacji. Wyobraź sobie wiadomość wysyłaną tam i z powrotem, a każda z nich ewoluuje nieco w oparciu o poprzednią korespondencję. Ten złożony mechanizm sprzężenia zwrotnego umożliwia uzyskanie szerokiego zakresu wyników ze stosunkowo prostych punktów wyjścia.
Naukowcy zaimplementowali to w swoim nowym systemie, konstruując złożoną sieć siedmiu enzymów i siedmiu peptydów. Peptydy te nieustannie konkurują o dostęp do enzymów, ulegając rozkładowi i ponownemu składaniu w różnych kombinacjach. Rezultatem jest dynamiczny, ciągle zmieniający się obraz chemiczny, w którym mieszanina cząsteczek zmienia się radykalnie w zależności od warunków początkowych, takich jak temperatura czy stężenie peptydu.
Od cząsteczek do roztworów
To stale zmieniające się ucho molekularne jest analizowane w czasie rzeczywistym za pomocą spektrometru mas – instrumentu zdolnego do identyfikacji pojedynczych cząsteczek w złożonej mieszaninie. Dane te są podawane do prostego algorytmu, który dekoduje te wzorce i przekłada je na znaczące wyniki, takie jak odczyty temperatury, rozpoznawanie impulsów świetlnych, a nawet wykrywanie upływu czasu.
Ten „komputer chemiczny” może utorować drogę inteligentniejszym bioczujnikom, które będą w stanie reagować na określone sygnały środowiskowe w czasie rzeczywistym. Wyobraź sobie czujniki, które potrafią wykryć subtelne zmiany poziomu pH wewnątrz organizmu, pomagając diagnozować choroby we wczesnych stadiach, lub materiały zmieniające kolor w zależności od wahań temperatury, zapewniając intuicyjną informację zwrotną w inteligentnych domach.
Chociaż ten obszar badań jest na wczesnym etapie, pokazuje potencjał tworzenia złożonych systemów, które potrafią się uczyć i dostosowywać do otoczenia — jest to naprawdę niezwykłe osiągnięcie, które zaciera granice między sztuczną inteligencją a wynalazkiem natury.
