РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На языке бактерий: Химическая связь

У бактерий, как известно, свой «язык общения», — обмен химическими сигналами. Для многих технических задач этот способ коммуникаций может оказаться крайне удобным – но чтобы освоить этот язык, ученым требуется описать его на языке математики.
На языке бактерий: Химическая связь

Легендарный американский математик и инженер Клод Шеннон, основатель теории связи и теории информации, еще в 1940-х сумел разглядеть проблему. Он сказал, что основная задача любой коммуникации — воспроизведение в одной точке пространства сообщения, созданного в другой. Шеннон определил также и количество информации, которое должно быть передано из исходной точки в конечную через шумный канал для того, чтобы сообщение можно было восстановить.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Его математические работы стали одним из краеугольных камней современной информационной революции — и всех ее детищ, от телевидения до мобильной связи и Интернета. Однако легко заметить, что все элементы этой информатизации базируются на передаче электромагнитных волн. А между тем долгие миллиарды лет до того львиная доля информационного обмена на Земле осуществлялась принципиально иным способом — посредством отправки и получения химических сигналов. Мы и сами продолжаем их использовать, зачастую того не осознавая (читайте: «Тайная власть феромонов»).

Но лишь недавно группу американских ученых под руководством Равираджи Адве (Raviraj Adve) всерьез заинтересовал вопрос о том, насколько эффективен может быть подобный «химический» способ передачи информации. Они выстроили такую схему.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Возьмем передатчик, испускающий некоторое количество одинаковых сигнальных молекул. Тот или иной интервал испускания соответствует определенному сигналу. Передатчик находится в жидкой среде, и молекулы, лишенные направленности движения, распространяются по ней случайным образом, подчиняясь законам броуновского движения, в результате чего какая-то часть из них поступает на приемник, способный при этом регистрировать момент «прибытия» каждой молекулы.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Главная проблема этой схемы очевидна — случайность перемещения физического носителя сигнала. Испускаются молекулы с одним интервалом, но в ходе хаотического движения эти данные попросту стираются к моменту поступления молекул на приемник. И вообще, они могут приходить даже не в том порядке, в котором были испущены. На первый взгляд, таким путем вообще никакой информации передать нельзя. Однако более тщательная проработка вопроса показала обратное.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ученые показали, что неопределенность прибытия сигнальных молекул, которую создает броуновское движение, подчиняется математическому обсчету и вполне может быть предсказана. Ключевым моментом в этом подходе стала трактовка этой неопределенности, как шума в обычном канале связи. И, как показал еще Шеннон, сигнал при некотором этом передать можно, если уровень шума не вносит в сообщение критическое количество искажений. А значит, и химическая связь оказывается вполне надежной.

Все это может иметь куда более далеко идущие последствия, нежели простой «биологический» или «медицинский» интерес. Хотя и понимание того, как клетки обмениваются сообщениями, крайне важно, сегодня и инженеры, и схемотехники активно присматриваются к подобным решениям. В некоторых условиях — и для некоторых условий — способность коммуникаций в разупорядоченной, хаотической среде может оказаться крайне важной, и тут химическая связь становится намного более эффективной, чем традиционная. Так что в будущем, возможно, мы услышим от друга: «От тебя пришла молекула в непонятной кодировке...»

Загрузка статьи...