細胞如何在大量噪音的情況下建立起有效的通訊系統(tǒng)？

細胞是一個動態(tài)體系，每時每刻都有大量的生化反應在進行。對于信號傳導來說，這個系統(tǒng)充斥著高水平的噪音。

那么細胞是怎樣在這種條件下準確傳遞化學信號的呢？

只有正確處理外界環(huán)境的信號細胞才能夠生存。然而生化反應或細胞狀態(tài)的變化，讓細胞難以檢測到信號的濃度，只能感知一個活化配體存在與否。加州大學的科學家們發(fā)現(xiàn)，細胞通過對信號進行持續(xù)監(jiān)控，準確記錄了化學信號的濃度。在體外培養(yǎng)的人類細胞中，這種動態(tài)應答能夠有效從噪音環(huán)境中識別信號，避免在信號傳遞過程中出現(xiàn)信息損失。

細胞對外界化學信號的應答，取決于自己的生理狀態(tài)。但細胞生理狀態(tài)存在顯著的波動，比如說細胞中各種蛋白的含量會出現(xiàn)高達25%的變動。

這是相當大的噪音，細胞需要一個特別的解決方案。

研究人員發(fā)現(xiàn)，細胞并沒有一次次地捕捉細胞外化學信號的濃度，而是通過持續(xù)應答反映信號水平。信息學理論表明，這種方式可以消除細胞狀態(tài)變化造成的“噪音”。

為了了解細胞如何編碼化學信號的水平，將顯微成像與信息學理論結(jié)合了起來。他們研究了三個不同的化學通訊系統(tǒng)，鈣離子、ERK和NF-κB。這三種類型的信號傳導分別持續(xù)幾分鐘、一小時和差不多十小時。

研究團隊用一個特殊的顯微鏡系統(tǒng)記錄了細胞對這三種信號的應答。這個系統(tǒng)可以同時對大量細胞進行持續(xù)性監(jiān)控，為人們展現(xiàn)細胞應答不同信號時發(fā)生的變化。