У кишечной палочки обнаружили аналог долгосрочной памяти
Исследование американских ученых показало, что бактерии Escherichia coli запоминают прошлые колебания питательной среды и используют этот опыт для адаптации к новым условиям. Оказалось, что химические реакции внутри клетки предсказывают изменения среды по тем же математическим правилам, что и алгоритмы искусственного интеллекта. Ради формирования распределенной молекулярной памяти клетка жертвует максимальной скоростью собственного деления.
Биологи знают, что микроорганизмы меняют внутриклеточный состав в ответ на внешние стрессы. В меняющихся условиях они быстрее адаптируются к знакомым угрозам, однако физические принципы хранения этой информации долгое время оставались неясными. Теоретические модели описывали реакцию бактерий как марковский процесс, где будущее состояние клетки зависит исключительно от ее настоящего состояния. Науке не хватало механизма, который объяснил бы, как живые системы без нервных узлов интегрируют временную информацию и предсказывают будущие события.
Авторы исследования, опубликованного в журнале PRX Life, изучили клеточную память. Они поместили бактерии штамма MG1655 в микрофлюидный чип с тысячами микроскопических каналов. С помощью шприцевых насосов физики непрерывно подавали микробам жидкую питательную среду. Бедная пища (на основе ацетата натрия) периодически сменялась богатой (глюкоза и 11 аминокислот), при этом периоды пульсации среды жестко контролировались и составляли один, два, три, четыре или шесть часов.
Камера микроскопа каждые две минуты делала снимки, после чего алгоритм компьютерного зрения распознавал изображения. Для каждого режима пульсации ученые отследили физические параметры и рассчитали мгновенную скорость деления примерно у 30 000 отдельных клеток на протяжении всего эксперимента.
Ученые сопоставили полученные данные с предсказаниями классических марковских моделей. Когда стандартные уравнения не смогли точно описать поведение клеток в пульсирующей среде, исследователи разработали новую математическую модель на основе дифференциальных уравнений дробного порядка. В отличие от обычных производных, дробные учитывают нелокальную динамику: нынешнее состояние клеточной системы в них математически зависит от всей ее предыстории.
Эксперименты показали, что память бактерий не ограничена каким-то одним жестким временным отрезком. Внутри клетки одновременно работают быстрые и медленные молекулярные механизмы, что позволяет бактерии помнить историю изменений среды непрерывно — от событий пятиминутной давности до того, что происходило несколько часов назад.
Попадая из бедной среды в богатую, клетки постепенно увеличивали скорость деления: чем чаще пульсировала пища в прошлом, тем быстрее бактерии адаптировались к новой порции. Однако постоянная готовность к пищевому кризису заставляла клетки снижать скорость деления в благоприятные периоды по сравнению с теми бактериями, которые постоянно находились в условиях пищевого изобилия.
Согласно предложенной модели, физическим носителем памяти служат рибосомы. Авторы исследования предположили, что бактерия делит популяцию своих белоксинтезирующих комплексов на несколько функциональных подгрупп с разным временем инактивации. При частой смене условий клетка перераспределяет ресурсы в пользу «быстрых» рибосом, динамически оценивая ожидаемую стоимость среды. Исследователи допустили, что эту функцию выполняет сигнальная молекула ppGpp, чья концентрация резко растет при голодании и затем медленно падает.
Архитектура этой внутриклеточной реакции строго повторяет структуру непрерывных рекуррентных нейронных сетей (RNN). В этой аналогии питательные вещества выступают входным сигналом, фракции рибосом формируют «скрытый слой» памяти, а скорость роста становится выходным параметром.
Распределение подгрупп рибосом действует как адаптивный механизм шлюзования: клетка фильтрует входные сигналы так же, как это делают алгоритмы долгой краткосрочной памяти (LSTM) в машинном обучении.
Бактерия динамически переоценивает входящую информацию, что позволяет ей сохранять память об истории среды и быстро стирать ее, если контекст меняется.
Исследование показало, что даже простейшие одноклеточные способны непрерывно обучаться на молекулярном уровне, решая сложные вычислительные задачи без участия нервной системы.
Telegram 
Дзен 
VK Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Новые данные о «тренировочной» миссии перед возвращением американцев на Луну показали, что NASA пока не может использовать системы жизнеобеспечения самого большого космического корабля в истории. Это ставит вопрос о том, возможна ли высадка астронавтов на Селене в намеченные сроки и вообще до 2029 года.
Наблюдение за спонтанным движением пешеходов в двух таких разных странах, как Испания и Япония, позволило ученым сделать неожиданное открытие: при прочих равных условиях подавляющее большинство людей подсознательно предпочитают повороты против часовой стрелки. Биологические причины такого врожденного сценария поведения пока не ясны.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии