《我的數學沒有猜想,只有定理!》第209章 信息學Lv.1(2)

作者:見習人類觀察員·3小時前

常規的生物資訊學都在做什麼?

簡單來說,它們大多停留在“查字典”和“看快照”的階段。

最經典的操作是序列比對。這就像是拿著一段未知的程式碼,去浩如煙海的資料庫裡進行字串匹配,比如利用著名的BLAST演算法。如果發現這段程式碼和“貪吃蛇”的遊戲程式碼有90%的相似度,科研人員就會推測:“嗯,這段基因的功能大機率也是個遊戲。”

進階一點的,是組學分析。這就像是給電腦螢幕截了一張圖,統計這一瞬間有哪些軟體(蛋白質或RNA)是開啟的,哪些是關閉的。透過對比“健康電腦”和“中毒電腦”的截圖差異,來尋找病毒的蹤跡。

“但這還不夠。”

徐辰看著手中的教材,輕輕搖了搖頭。

“這些方法本質上是基於統計學的相關性分析。它們能告訴你‘誰和誰長得像’,或者‘誰和誰同時出現’,但無法告訴你‘誰控制了誰’。”

……

徐辰桌子上擺著陳志華教授推薦的兩本“聖經”——Palsson的《系統生物學:重構網路的屬性》與Uri Alon的《細胞系統的調控》。

這兩本書,代表了當前系統生物學的兩座高峰,卻也代表了兩種截然不同的世界觀。

徐辰翻看著書頁,手指無意識地敲擊著桌面,腦海中浮現出兩幅完全不同的圖景。

“Palsson代表的是‘結構派’,學術上稱為基於約束的模型。他們的研究成果就像是一張‘城市道路規劃圖’。”

“在他們眼裡,細胞就是一個複雜的管道網路。他們不關心管道里的水流得有多快,只關心管道有多粗,怎麼連線。利用化學計量矩陣——也就是S矩陣,他們能算出這個工廠理論上最大能生產多少產品。這在工業發酵上很有用,但它是個‘死’的模型,它假設細胞永遠處於完美的穩態,完全忽略了細胞內部複雜的訊號調控。”

徐辰的目光轉向另一本書。

“而Alon代表的是‘動力學派’,其核心是網路模體理論。他們的研究成果更像是‘精密電路圖’。”

“他們把細胞拆解成一個個微小的邏輯電路——比如‘負反饋迴路’或者‘前饋環’。他們用微分方程精確描述每一個酶的反應速度,研究細胞如何像計算機一樣處理訊號,例如產生開關效應、震盪或脈衝。這很精妙,但太微觀了。一旦把這些小電路拼成一個包含幾千個基因的大網路,計算量就會指數級爆炸,根本算不動。”

……

徐辰敏銳地發現了當前學術界認識論的割裂:

“搞通量平衡分析的結構派,手裡拿著一張巨大的靜態地圖,遵循著質量守恆定律 S· v = 0,也就是‘進多少出多少’,卻不管路上有沒有紅綠燈,更不管會不會堵車;”

“搞動力學建模的動力學派,盯著每一個紅綠燈的秒數,研究每一輛車的加減速,卻在複雜的城市路網中迷了路,只見樹木,不見森林。”

這就像是盲人摸象。有人摸到了骨架般的結構,有人摸到了血液般的動力學,但沒有人看到完整的生命。

“我要做的,就是完成這場拓撲與動力學的大統一。”

徐辰的眼神逐漸銳利,他要在腦海中構建一個前所未有的模型。

“簡單來說,我要造一個‘細胞版的膏德地圖’。”

“它既擁有Palsson那種宏觀的全景地圖,包含所有代謝路徑;又擁有Alon那種即時的路況分析,包含調控邏輯。但我不需要去測量每一輛車的速度——那是測不準的,而是利用數學上的拓撲性質,直接預測哪裡會堵車,哪裡是交通樞紐。”

“這樣,我就能在電腦上直接推演:如果我關閉這條路,也就是敲除基因;或者拓寬那條路,即“過表達酶”,整個城市的交通流,也就是代謝通量會發生什麼變化。”

“這就是大統一——用靜態的結構,去預測動態的功能。”

……

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