Linux挑战基因网络——电脑操作系统与生物基因网络之对比

 

Linux挑战基因网络 

原文转自：http://www.systhinker.com/html/63/n-10563.html

作者：布兰登·凯姆

2010年5月5日|下午2点18分

分类：生物学、遗传学、科技

 

大肠杆菌转录管理网络                                      Linux调用图  

 

图：大肠杆菌基因组网络结构和Linux                         

 

通过对遗传密码所形成网络与Linux操作系统之间的对比，我们得以洞悉生物性和计算机程序两者的根本区别。 

其完全不同的形状反映出这两种进程的进化参数。生物进程基于随机突变和自然选择。而软件则是一种智能设计行为。 

“生物数据的最大问题之一在于你无法直觉预判。它只是一堆令人费解的符号。要取得直觉预判有一种办法，就是将其构造对应描绘到我们已知事物上，”研究合著者耶鲁大学信息学家马克·格斯坦说道。“Linux操作系统在不断发展和变化。但有别于生物进化的是，我们确切知道其进程。” 

数年前，他提炼出一种技术，可以将基因网络“毛团”——对基因交互作用密集纠结的描绘——转化成分层图。每张图顶部是格斯坦称之为主管，即引导其他许多基因活动的基因。底部则是劳力，是产生蛋白质编码的基因。在这两者之间是中层管理者，是兼具两种职能的基因。 

从那之后，格斯坦曾对比过物种之间的基因网络结构，并将生物网络与企业政府架构进行比较。他希望通过对比能够明了网络构造形成基因组功能的过程。 

在最新一项发表在4月4日美国国家科学院院刊的研究中，他将广为研究的微生物——大肠杆菌——与常用开源操作系统Linux进行了对比。尽管格斯坦籍此期望洞悉生物网络，但该研究同时也为社会和技术工程师提供了研究策略。

“如果我们不具备设计者完美调校的程序，我们不得不处理随机变化，那么我们需要在控制结构中做些什么来保证其强健？”格斯坦说道。 

大肠杆菌的网络经证明是金字塔形状，有几个主管，较多的中层管理者，以及许多劳力。与之形成鲜明对比，Linux内核调用图——不同程序代码之间的交互网络——看起来几乎像一个倒置的金字塔。众多的高级程序调用几个常见的子程序。 

根据布鲁克海文国家实验室系统生物学家、并未参与该研究的谢尔盖·马斯洛夫的说法，基因网络结构随着物种趋于复杂益发类似于Linux调用图。然而，它们的倒金字塔形状始终不像Linux顶端那么庞大。这一进程似乎存在一种天然限制。新研究对此做出了解释。 

“如果你更新一个低级别功能，那么你需要更新所有调用它的功能。作为一个工程师这是可行的。你把所有代码过一遍就是。但这对生物学来说不可实现，”马斯洛夫说道。 

事实上，当格斯坦研究小组追溯自从1991年原版本以来Linux内核代码演变时，他们发现其基本内容经历了重大修改。生物方面的类似性是所谓的进化保持基因，其应用于大量功能中，但委实难以改变。当出现一个基因突变时，生物进化并不能快速更新基因代码的其余部分。 

当被问及人类软件工程师是否已经超越自然进化时，格斯坦回答，恰恰相反。计算机模型可能太过极端，因此不能放大到生物性复杂水平。“你轻易就能明白为什么软件系统或许脆弱而生物系统强健的原因。生物网络的建立是用来适应各种随机变化的。它们就是如何构建可改变可发展事物的教科书，”格斯坦说道。 

此刻，研究人员尚未计划将基因组与最广泛使用的操作系统Windows进行对比。 

“那是不允许的，”研究合著者纽约州立大学石溪分校生物物理学家严贯桥说道。“Windows并非开源操作系统。” 


引自：“对比基因组和电脑操作系统两者管理控制网络的拓扑结构及其发展演变。”作者：严贯桥、方刚、尼廷·巴德瓦杰、罗杰·亚历山大、马克·格斯坦。美国国家科学院院刊，第107期第 TAG: Linux 网络 基因电脑 操作系统