Bacteriën kiezen voor de hoogste prijs-kwaliteit verhouding bij het maken van voorspellingen
Het voorspellen van onze omgeving kan een zaak zijn van leven of dood. Denk bijvoorbeeld aan het oversteken van een drukke straat. Als je niet goed voorspelt waar de auto’s zullen zijn wanneer jij midden op de weg staat, kan dat catastrofale gevolgen hebben. Wonderbaarlijk genoeg hebben experimenten aangetoond dat zelfs simpele bacteriën dit soort voorspellingen kunnen maken. Ze voorspellen bijvoorbeeld veranderingen in de aanwezigheid van voedingstoffen. Hoe beter deze bacteriën zijn in het voorspellen van hun omgeving, hoe groter de kans op overleving. Maar hoe goed bacteriën precies zijn in het voorspellen van hun omgeving en wat ze hierin beperkt is tot op heden een open vraag.
Informatie uit het verleden verzamelen om de toekomst te voorspellen
Om deze vraag te beantwoorden onderzocht Age Tjalma hoe dit soort organismen het best informatie uit het verleden kunnen verzamelen om de toekomst te voorspellen. Daarna vergeleek hij dit met de strategie die ze in werkelijkheid hanteren.
Om een voorspelling te maken moet ieder systeem, mens bacterie of robot, zich baseren op informatie uit het verleden. Deze informatie moet allereerst worden opgeslagen. Waar mensen hiervoor onze hersenen gebruiken, doen bacteriën dit met behulp van eiwitten en energie in zogeheten biochemische netwerken. De hoeveelheid informatie die hierin kan worden opgeslagen is beperkt, en daarom verwachtten de onderzoekers dat bacteriën alleen die informatie zouden opslaan die het meest voorspellend is over de toekomst.
Tot zijn verbazing vond Tjalma echter dat dit niet het geval is. Verder onderzoek wees uit waarom: de meest voorspellende informatie is de meest recente informatie, maar deze informatie blijkt ook het duurst om op te slaan in termen van eiwitten en energie. Om met een beperkt budget een zo goed mogelijke voorspelling te maken verzamelen bacteriën daarom een grotere hoeveelheid minder voorspellende, maar goedkopere informatie. Deze informatie heeft de hoogste prijs-kwaliteit verhouding.
Ontwikkeling innovatieve medicatie
Het onderzoek van Tjalma geeft meer inzicht in de manier waarop cellen hun omgeving waarnemen, wat een cruciale stap is in hun uiteindelijke gedrag. Op termijn kan dit bijvoorbeeld bijdragen aan de ontwikkeling van innovatieve medicatie die zich specifiek richt op de communicatiesystemen van cellen. Maar tegelijkertijd kan een beter begrip van het maken van voorspellingen met beperkte middelen bijvoorbeeld ook helpen in het ontwerp van efficiënte autonome systemen, zoals robots met een minimaal energieverbruik.
Meer informatie over het proefschrift