Бактерии выбирают оптимальное соотношение цены и качества информации для предсказания будущего

Предсказание будущего может быть вопросом жизни и смерти. Даже одноклеточные организмы, такие как бактерии, способны на это. Чем лучше бактерия предсказывает изменения в окружающей среде, тем выше её шансы на выживание.

Исследователи AMOLF из теоретической группы Питера Рейна тен Вольде обнаружили, что бактерии E. coli собирают информацию с наилучшим соотношением цены и качества для прогнозирования. Результаты опубликованы в журнале PNAS.

Любая система — человек, бактерия или робот — должна предсказывать будущее на основе информации из прошлого. Для этого информацию необходимо хранить. Бактерии делают это с помощью белков и энергии в клетке, то есть биохимической сети. Качество прогноза всегда ограничено количеством и качеством хранимой информации.

Соотношение цены и качества информации

Работа показала, что E. coli собирает не самую предсказательную информацию. Это удивило учёных, ведь лучшие прогнозы повышают шансы на выживание. Дальнейший анализ выявил, что бактерии используют другой подход: они собирают информацию с наилучшим соотношением цены и качества.

Самые свежие данные наиболее ценны: знание о текущем местоположении машины даёт больше шансов безопасно перейти дорогу, чем информация о её положении 10 секунд назад. Однако получение актуальной информации также наиболее затратно. Поэтому, если нужно собрать максимум предсказательной информации при фиксированном бюджете, может быть выгодно хранить большее количество менее надёжной, но более дешёвой информации. Соотношение цены и качества такой информации лучше.

Имея доступный бюджет в виде белков и энергии, E. coli делает наилучший возможный прогноз. Это показывает, что цена информации играет важную роль даже для простых бактерий.

Выявленный принцип — необходимость компромисса между предсказательной ценностью информации и её стоимостью — применим далеко за пределами E. coli. Разработанная теория не только углубляет понимание биологических систем, но и может быть использована, например, для проектирования энергоэффективных роботов.