Энергетические затраты биологических систем на обработку информации

25.09.2023

Поведение, физиология и жизнеспособность живых организмов зависят от множества биологических процессов, включая коммуникацию между клетками и другими молекулярными компонентами. Существует множество способов обмена информацией в биологических системах, включая передачу механических волн и электрическую деполяризацию. Недавние исследования, проведенные в США, были направлены на определение энергетических затрат при передаче информации между клетками.

Ученые из Йельского университета вычислили количество энергии, которое требуется нейрону для передачи информации. Оказалось, что это количество существенно больше, чем энергия, необходимая для стирания одного бита информации.

"Мы хотели понять, представляет ли собой это пример биологической эффективности или есть другие затраты", - пояснил Бенджамин Мачта, один из исследователей.

Дальнейшие исследования Мачты и его коллег были направлены на оптимизацию энергетических затрат и понимание, почему молекулярные системы используют разные физические механизмы для коммуникации. Например, нейроны используют электрические сигналы, в то время как другие клетки обмениваются химическими веществами.

Ученые стремились определить оптимальный режим с точки зрения энергетических затрат на передачу одного бита информации. Все их расчеты основывались на передаче информации через физический канал, в котором частицы и заряды двигаются согласно клеточной физике. Кроме того, они учитывали воздействие клеточной среды на этот канал. Применение относительно простых моделей позволило установить более низкий предел энергетических затрат, необходимых для передачи токов в биологической системе.

В общем, расчеты ученых подтвердили высокие энергетические затраты на передачу информации между клетками. Эти оценки могут служить отправной точкой для объяснения высокой стоимости обработки информации, которая фиксируется в экспериментальных данных.

Ученые также разработали иллюстрирующую диаграмму, которая помогает понять, в каких ситуациях наиболее оптимальны различные стратегии коммуникации, такие как передача электрических сигналов и химическое обменные процессы. Эта диаграмма может способствовать лучшему пониманию принципов сигнализации между разными клетками и органами, а также объяснить, почему нейроны используют химические сигналы для связи на синаптическом уровне, а электрические сигналы для передачи информации на длинные расстояния от дендритов к клеточному телу.

<< Назад: Рой крошечных кораблей для исследования космоса 25.09.2023

>> Вперед: Установлен рекорд разгона электромобиля 24.09.2023

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

LG и Prime Video: студияная версия кинематографа 31.07.2026

Современные телевизоры предлагают множество режимов изображения, которые автоматически корректируют цвета, контраст и резкость. Однако создатели фильмов часто жалуются, что дополнительная обработка искажает их замысел. Новая функция, появившаяся на телевизорах LG, пытается решить эту проблему, передавая контроль над настройками непосредственно студии. LG и Prime Video запустили режим "Оригинал автора" - первую настройку изображения, которой управляет сама студия. Он доступен только на OLED evo 2026 модельного года. LG Electronics и Prime Video объявили о совместной инициативе, приуроченной к стриминговой премьере фильма "Властелины Вселенной". В рамках сотрудничества на телевизорах компании появились две новые функции - режим изображения "Оригинал автора" и голосовая команда для пульта Magic Remote. Ключевая новинка - режим "Оригинал автора", который в LG называют первым в области настройки изображения для стримингового контента. Его отличие от распространенного FILMMAKER MODE за ...>>

Астронавты на Марсе не смогут выжить даже в скафандрах 30.07.2026

Высадка людей на Марс остается одной из самых амбициозных целей космических агентств. Красная планета лишена пригодной для дыхания атмосферы и подвергается высокому уровню солнечной радиации, поэтому астронавты смогут находиться на ее поверхности только в специальных скафандрах. Однако новые исследования показывают, что даже самые современные космические костюмы могут оказаться непригодными для работы в условиях марсианской гравитации. По результатам испытаний стало ясно, что новые скафандры NASA не подходят для использования астронавтами на Красной планете. На Марсе отсутствует воздух, пригодный для дыхания, а также наблюдается высокий уровень солнечной радиации. Это лишь некоторые из многих факторов, которые усложнят нахождение людей на поверхности. Современные скафандры не рассчитаны на марсианскую гравитацию, составляющую примерно 38 процентов земной. Новейшее поколение костюмов просто слишком тяжелое для использования на Марсе, пишет Phys. Новая серия скафандров, которую раз ...>>

Случайная новость из Архива Мужской контрацептив RISUG 10.12.2023 Индийские ученые из Института технологий в Харагпе успешно разработали революционный метод контрацепции для мужчин, представляющий собой особый гель, блокирующий поток спермы. Метод контрацепции RISUG представляет собой важный шаг в направлении равноправия в области контрацепции, предоставляя мужчинам не только эффективное, но и обратимое средство защиты от нежелательной беременности. Низкая стоимость процедуры делает этот метод доступным для широкого населения, подчеркивая не только его эффективность, но и социальную значимость в контексте современных тенденций в заботе о репродуктивном здоровье. Средство RISUG вводится в организм с помощью инъекции и обеспечивает эффективную защиту от нежелательной беременности. Уникальность метода заключается в том, что при прекращении его использования мужчина может легко восстановить свою детородную функцию. Ученые призывают к переосмыслению ответственности за контрацепцию, предлагая мужчинам активное участие в процессе защиты от беременности. Новая методика не только безопасна и эффективна, но также становится одним из самых доступных средств контрацепции, средний расход на процедуру не превышает 10 долларов. Этот инновационный метод контрацепции, основанный на принципе вазэктомии, обладает эффективностью более 98%, предоставляя мужчинам гибкую и обратимую альтернативу к пожизненным методам, таким как вазэктомия, где отсутствует возможность обратного восстановления репродуктивной функции.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026