Naturen sætter stadig standarden for nanovidenskabens revolution

(PhysOrg.com) -- Ved at stræbe efter kontrol og perfektion i alt fra computerchips til kommercielle jetfly, forskere og ingeniører udelukker faktisk en grundlæggende kraft, der gør det muligt for naturen at udkonkurrere selv deres bedste indsats.

Selvom det kan se ud til at trodse logikken, Ufuldkommenheder og den tilsyneladende tilfældighed blandt selv de lave bakterier hjælper med at holde naturen et par skridt foran, ifølge Oak Ridge National Laboratorys Peter Cummings og Mike Simpson, medforfattere til et papir udgivet i ACS Nano .

"Kontrarinvestering er en strategi for at vinde på aktiemarkedet, " sagde Cummings, "men det kan også være et grundlæggende træk ved alle naturlige processer og har nøglen til mange forskellige fænomener, inklusive den humane immundefektviruss evne til at modstå moderne medicin."

I deres papir, Cummings og Simpson skitserer en teori, der fastholder, at i enhver given befolkning, et ufuldkommen mindretal - "støjen" - er til gavn for helheden. Mindre perfektion er faktisk godt.

"Det er naturens lektie, hvor en ydmyg bakteriecelle overgår vores bedste computerchips med en faktor på 100 mio. og det gør det delvist ved at være mindre end perfekt, "Sagde Simpson.

Hvis vi tænker på en computerchip som en masse tænd-sluk-kontakter, moderne teknologi er blevet ret god til at gøre kontakterne perfekte. Når vi tænder dem, de er tændt. Men livet fungerer anderledes, da det har et element af tilfældighed, hvor som om en mønt, resultatet kan ikke forudsiges, bare sandsynligheden - en 50 procent chance for hoveder - kan være kendt. I modsætning til computerchippen, bakteriecellen har ufuldkomne tilfældighedsramte kontakter, og gennem disse ufuldkommenheder, bakterierne kan gøre ting, som computerchippen ikke kan.

"I stedet for at forsøge at træffe perfekte beslutninger baseret på ufuldkommen information, cellen spiller odds med et vigtigt twist:den afdækker sine væddemål, " sagde Simpson. "Selvfølgelig, de fleste af cellerne vil placere væddemål på den sandsynlige vinder, men et vigtigt fåtal vil sætte deres penge på langskud."

Disse få kontrariske væddemål kan have konsekvenser, der modsiger deres sjældenhed. For eksempel, AIDS -virussen har en af ​​disse chancekontakter, hvor de fleste af de inficerede celler er lavet til at producere ny virus, der kan få dem til at inficere andre celler. Men kun nogle få af de inficerede celler drejer kontakten den anden vej, og virussen går ind i en dvaletilstand.

"Som tikkende bomber, disse sovende infektioner kan blive aktive engang senere, og det er disse modstridende begivenheder, der er hovedfaktoren, der forhindrer udryddelsen af ​​AIDS, "Sagde Simpson.

Set fra virussens synspunkt, det er denne ufuldkomne kontakt, der gør det muligt for den at håndtere truslen fra terapi.

Cirkulerende tilbage til computerchippen, Cummings bemærkede, at de bliver hurtigere og mere kraftfulde for det meste ved at blive mindre. De er blevet så små nu, at de går ind i nanoteknologiens verden, hvor tingene bliver mindre perfekte og mere påvirkede af tilfældigheder.

"Men vores teknologi har kæmpet imod denne chance ved at bruge en brute force-tilgang, der forbruger meget strøm, " sagde Cummings.

Faktisk, en af ​​de faktorer, der begrænser bygningen af ​​mere kraftfulde computere, er den strømforbrugende mængde energi, de kræver. Endnu bosat oven på skabene i disse supercomputere, soler sig i varmen, der genereres i kampen for at besejre tilfældighedselementet, de ringe bakterier viser os en anden vej.