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usdt手机钱包(www.caibao.it):用盘算机真正模拟生命还要多久?

admin2周前40

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  导语

  当前在盘算科学、盘算机硬件和生命科学方面无法预料的突破可能会使我们朝着目的迈进盘算机模拟生物学的速率更快。

  Roland R。 Netz、William A。 Eaton| 作者

  赵雨亭| 译者

  刘培源 | 审校

  邓一雪 | 编辑

论文问题

Estimating computational limits on theoretical descriptions of biological cells

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论文地址:

https://www.pnas.org/content/118/6/e2022753118

  埃尔温·薛定谔在他1944年的着作《生命是什么?》[1]中问道:“若何使用物理兼化学方式来注释在一个活的有机体在自己的空间界线内发生的时空事宜?”在随后的近80年中,科研职员已经探索了许多有关亚细胞征象的、更深层机理的功效。虽然云云,以第一原理对生涯中的生命体举行盘算机模拟仍然是一个遥不能及的目的。

  在最近一篇揭晓于美国国家科学院院刊 PNAS 的文章中[2],Netz 与 Eaton 展望了这种模拟变为现实所需的时间。他们进一步将其估量扩展到更大的生物系统,并讨论是否以及何时有可能模拟诸如人脑之类的多细胞实体。

  1。 用盘算机模拟生命历程

  在一个生物学上有意义的时间距离内(例如一个小时、一次细胞盘据时间),模拟细胞巨细的分子装配似乎是一项艰难的义务。简直,现代分子模拟领域的胜利之一就是考察到了卵白质的可逆老化——这种老化发生在微秒级[3]。相比之下,单个细胞每小时可以合成数千或数百万个卵白质,其中许多卵白质可能需要数秒或数分钟才气折叠,而且只有在细胞机械(cellular machinery)的辅助下才气完成。

  在最新的科研实验中[4],研究者模拟了细胞质中,相对较大的100 nm×100 nm×100 nm亚空间。然则,该研究中获得的数十纳秒的时间尺度却异常短,比所需的1小时短了10个数目级!然则,若是根据摩尔定律的展望,盘算能力继续呈指数增进,那么弥合这种时间尺度上的差距似乎并非遥不能及。

  简直,若是盘算机速率每 1.5 年翻一番,则应该有可能在50年[5]内到达所需的时间局限。某些为加速分子模拟而开发的方式可能会提供进一步的辅助。例如,可以实验提高仿真温度以加速动力学速率。只管这种简朴的加速动力学的方式存在问题——好比我们无法通过将葡萄酒在不损坏质量的条件下升温来加速老化——但该思绪仍然具有启发。

  然而,存在一个要害问题:分子动力学(Molecular dynamics,MD)作为尺度在原子级上对生物分子征象举行建模的方式并不是真正的第一手方式:要凭证第一性原理方式(first-principles method)展望分子间与分子间相互作用,必须为电子和原子核求解量子薛定谔方程(Schrödinger equation)——这需要伟大算力。

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网友评论

  • 2021-03-27 00:02:06

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