Шум позволяет настроить логическую цепь, сделанную из вирусных генов

Шум в данном случае — случайные колебания источников среды, таких как высокая температура, и в целом он вреден.

В электронных цепях шум неизбежен, и поскольку цепи становятся все меньше, пагубное влияние шума на работу цепи становится все более существенным. И вот теперь некоторые ученые говорят: если не можете уничтожить шум, то используйте его.

Разработчики из университета штата Аризона в темпе и Центра космических и военно-морских систем в Сан-Диего, штат Калифорния, используют шум для управления основным элементом компьютеров — логическими воротами, которые могут переключаться назад и вперед между двумя различными логическими функциями — с применением генетически спроектированных систем, полученных из ДНК вирусов. В статье в издании Американского института физики Chaos группа ученых продемонстрировала теоретически, что, используя источники внешнего шума, можно создать сетевой переключатель между различными логическими функциями.

Исследователи сфокусировались на одногенной сети в бактериофаге λ (лямбда). Используемый ген регулирует выработку специфического белка в вирусе. Обычно существуют биологические реакции, которые регулируют создание и разрушение этого белка. Сброс баланса приводит к концентрации белка, которая либо слишком высока, либо является слишком низкой. Одной концентрации ученые назначили 0, а другой — 1. Управляя концентрацией белка, исследователи сумели закодировать входные величины логических ворот и получить желаемые выходные величины.

Ученые смоделировали систему как два потенциальных энергетических колодца, разделенные максимумом, сообщающимся с энергетическим барьером. В присутствии слишком большого объема шума система не позволяет прогнозировать выходное значение. Слишком мало шума, с другой стороны, не обеспечивает рост, необходимый для достижения системой достаточной высокой концентрации белка для преодоления энергетического барьера. В этом случае также есть высокая вероятность того, что биологические логические ворота не смогут достичь прогнозируемого вычисления. Зато оптимальное количество шума стабилизирует цепь, заставляя систему достичь наилучшего уровня и остаться на нем.

Исследование ученых предлагает возможность использования шума в биологических цепях вместо оценки его как лабораторной диковинки или неудобного феномена.

09.11.2011