Për të reaguar në mënyrë efektive ndaj ndryshimeve, organizmat e gjallë mbështeten në aftësinë e tyre për të zbuluar dhe përpunuar shpejt informacionin ndijor nga rrethina. Informacioni ndijor i disponueshëm në një moment të caktuar ndryshon vazhdimisht, që do të thotë se zakonisht mund të vëzhgohet vetëm pjesërisht dhe për një kohë të kufizuar.
Studiuesit në École Polytechnique Fédérale de Lausanne dhe Institutin Max Planck për Fizikën e Sistemeve Kompleks kanë realizuar së fundmi një studim teorik që synon të sqarojë mënyrën se si sistemet biologjike e shndërrojnë informacionin e aksesueshëm në një moment të caktuar në përfundime domethënëse, duke konsumuar një sasi të kufizuar energjie.
Artikulli i tyre, i publikuar në Physical Review Letters, sugjeron që strategjitë optimale të transduksionit mund të përmirësojnë përvetësimin e informacionit (procesi përmes të cilit organizmat e gjallë mbledhin informacion jetik nga mjedisi i tyre dhe e përdorin atë për të udhëhequr sjelljen e tyre).
“Organizmat e gjallë duhet të ndiejnë dhe përpunojnë informacion nga bota e jashtme për të mbijetuar, por shpesh nuk mund të ‘dëgjojnë’ drejtpërdrejt mjedisin e tyre,” tha Giorgio Nicoletti, bashkëautor i artikullit, për Phys.org. “Në vend të kësaj, ata duhet të mbështeten në atë që ne e quajmë ‘mekanizma transduksioni’ që marrin sinjale të jashtme dhe i transmetojnë ato në proceset e tyre të brendshme.
“Ne donim të kuptonim se sa mirë mund të përcjellin të tillë mekanizma informacion për burime të fshehura, veçanërisht me një buxhet të kufizuar energjie—një kufizim thelbësor për sistemet biologjike.”
Studiuesit ndërtuan një kornizë të re teorike dhe e aplikuan posaçërisht atë në studimin e qelizave të kuqe të gjakut. Ata u përqendruan në rolin e mundshëm të membranës së këtyre qelizave, një pengesë gjysmë-permeabël e njohur për kontributin e saj në mbijetesën dhe funksionet e qelizës.
“Mendoni për membranën e qelizave të kuqe të gjakut: në kornizën tonë, roli i saj është të transmetojë informacion midis proceseve të brendshme të qelizës dhe botës së jashtme,” tha Nicoletti. “A mund të kuptojmë se cila është strategjia optimale e transduksionit që mund të zgjedhë qeliza për të maksimizuar informacionin dhe për të minimizuar humbjen e energjisë në të njëjtën kohë?”
Objektivi kryesor i këtij studimi të fundit nga Nicoletti dhe Daniel M. Busiello ishte të ofronin një shpjegim teorik se si sistemet biologjike shfrytëzojnë informacionin e disponueshëm për të nxjerrë të dhëna jetike që mund të informojnë veprimet e tyre në mënyrë efikase në aspektin e energjisë. Në artikullin e tyre të fundit, ata përdorën posaçërisht kornizën e tyre për të përshkruar proceset e transduksionit në qelizat e kuqe të gjakut, duke u përqendruar në mënyrën se si këto procese ndryshojnë në përgjigje të aktivitetit të qelizës.
“Ne u frymëzuam nga disa modele të dinamikës midis citoskeletit të brendshëm të një qelize të kuqe të gjakut, membranës së qelizës dhe mjedisit,” shpjegoi Nicoletti. “Duke studiuar këto modele në një mjedis të përgjithshëm, ne shfrytëzuam ide nga teoria e informacionit, teoria e proceseve stokastike dhe termodinamika stokastike për të karakterizuar në mënyrë eksplicite informacionin dhe shpërndarjen e energjisë nga një perspektivë teorike.”
Studiuesit aplikuan kornizën e tyre teorike në të dhënat eksperimentale të mbledhura si pjesë e një studimi të mëparshëm të botuar në Science, i cili përqendrohej në lëvizjen spontane të qelizave të kuqe të gjakut. Kjo lëvizje përbëhet nga lëvizje të vogla spontane të membranës që rrethon qelizat e kuqe të gjakut.
“Ne sqaruam mekanizmat kyçe të përgjithshëm që lejojnë sistemet biologjike të nxjerrin informacion nga variablat e papërcaktueshme në mjedisin e tyre në një mënyrë efikase nga ana e energjisë,” tha Busiello. “Në veçanti, ne zbuluam se shpërndarja më e lartë e energjisë i lejon sistemit të kapë më shumë informacion nga vëzhgimet e fshehura, duke hapur rrugën për një përkufizim të saktë të strategjisë së sistemit për të përpunuar informacionin.”
Ky artikull i fundit nga Nicoletti dhe Busiello prezanton një kornizë të vlefshme që mund të përdoret për të kuptuar më mirë proceset e lidhura me përvetësimin e informacionit në sisteme të ndryshme biologjike. Në të ardhmen, korniza e tyre mund të shërbejë si një mjet sasior për hartimin e strategjive optimale të dekodimit në pajisjet artificiale të frymëzuara nga biologjia. Përveç kësaj, mund të ndihmojë në sqarimin e mënyrës se si strategjitë e transduksionit zbatohen në praktikë në skenarë të botës reale.
“Sistemet biologjike dhe të gjalla funksionojnë përmes një sërë procesesh të ndërlidhura komplekse. Bletët, për shembull, komunikojnë përmes një kombinimi të sinjalizimit kimik përmes feromoneve dhe lëvizjeve të krahëve, duke shpërndarë vazhdimisht energji,” shtoi Busiello. “Hetimet e ardhshme në këtë fushë mund të përqendrohen në kuptimin e mënyrës se si këto mekanizma të ndërlikuara përdoren për të përvetësuar informacionin dhe për të zbutur, ose madje për të shfrytëzuar, zhurmën përreth.”
