مکانیک

در سلول‌های انسان، سیگنال‌های شیمیایی و الکترونیکی ژن‌ها را فعال می‌کنند و این ژن‌ها پروتئین‌ها را تولید می‌کنند. پروتئین‌ها مولکول‌هایی هستند که عملیات‌های بیولوژیکی را انجام می‌دهند. از نظر مفهومی، ژن‌های انفورماتیکی نیز چیزی شبیه به همین ژن‌ها هستند. اگر فکر کنیم که به جای پایه‌های نیتروژنی، اعداد قرار می‌گیرند؛ در واقع از یک کد ژنتیکی انفورماتیکی حرف می‌زنیم که توسط یک برنامه خوانده می‌شود. این برنامه قادر است زنجیره‌های اعداد را به عملیات‌هایی که ربات انجام می‌دهد مثل حرکت کردن، تحلیل کردن و یاد گرفتن ترجمه کند.

این برنامه، یک شبکه نورنی است که ژن‌ها را در تماس با محیط می‌گذارد. در رباتیک، شبکه‌های نورنی برنامه‌هایی هستند که توانایی شبیه‌سازی رفتار مغز را دارند. روی ربات‌ ها علاوه بر دوربین‌ها، حسگرهایی مثل حسگرهای لمسی و حرکتی نیز نصب شده‌اند. اگر برای مثال نور به چشم ربات برخورد کند، یا اگر ربات در تماس با یک ماده سمی قرار گیرد، سیگنالی توسط شبکه نورونی ثبت می‌شود و آن را به ژنوم انفورماتیک ارسال می‌کنند. سپس این ژنوم تصمیم می‌گیرد که چگونه به آن پاسخ دهد: به سمت نور برود و یا از ماده سمی دوری کند. به همین دلیل است که می‌گوییم این ربات‌ ها هوشمندند؛ چون حسگرهای بیولوژیک (چشم، بینی، گوش، پوست و پلک) به طور مداوم میزان بسیار زیادی از سیگنال‌ها را دریافت و آن‌ها را به مغز ارسال می‌کنند. سپس در ژنوم اطلاعات زائد فیلتر می‌شوند. ما نشان دادیم که شبکه‌های نورونی، بی‌اندازه برای طبقه‌بندی سیگنال‌ها کارآمد هستند. به هر حال، ما هنوز در حال مطالعه بر روی رفتارهای ابتدایی هستیم و کد ژنتیکی انفورماتیکی ما هنوز نسخه‌ای بسیار ساده از کد ژنتیکی انسان است.

برای مثال به ما کمک می‌کنند که مکانیزم‌های تکامل را بهتر بفهمیم. زیست‌شناسان برای درک تکامل از فسیل ارگانیسم‌های گذشته استفاده می‌کنند. این درحالی است که ما شبکه‌هایی نورونی در اختیار داریم که رفتارهای بیولوژیکی را شبیه‌سازی می‌کنند. بنابراین می‌توانیم با استفاده از آشیانه برنامه‌های انفورماتیک، فرضیه‌هایی را درباره تاریخ جانداران ارائه کنیم. از دیگر کاربردهای این ربات‌ ها، استفاده در پزشکی و تحقیقات دارویی است.

به خاطر شبیه‌سازی‌های انفورماتیک، بیولوژی محاسباتی به ما می‌گوید که ژن‌های بیولوژیکی چگونه با هم حرف می‌زنند و ارتباطات میان آن‌ها چگونه است و سیگنال‌ها و واکنش‌هایی که بین خود ژن‌ها و بین ژن‌ها و پروتئین‌ها و سلول‌ها رخ می‌دهد، چیست. یک مثال می‌زنم. دارویی برای مبارزه با یک بیماری ژنتیکی ساخته شده است. این دارو اغلب با متوقف کردن ژنی که آن را بر می‌انگیزد عمل می‌کند. اما آیا ما مطمئنیم که همه چیز به اینجا ختم می‌شود؟ آیا می‌دانیم که ارگانیسم در توقف آن ژن چگونه رفتار می‌کند؟ بنابراین شبیه‌سازی‌های انفورماتیکی می‌توانند پاسخ‌های دقیقی را به این سوالات و سایر فرضیه‌ها بدهند.