基于连续吸引子的时钟是不可靠的相位估计器

统计估计理论确定了估计波动噪声信号参数的最佳方式。然而，如果在不可靠的硬件上执行估计，次优估计程序可能会优于先前最优的程序。在这里，我们将昼夜节律时钟视为周期性昼夜光信号的相位估计器，从而对不同类别的昼夜节律时钟进行比较。我们发现，基于连续吸引子的自由运行时钟（如在聚球藻和人类中发现的时钟）是近乎最优的相位估计器，因为其平坦的吸引子方向能够有效投影出由天气模式（“外部噪声”）引起的光强波动。然而，这些平坦方向也使得这些连续极限环吸引子极易受到扩散性“内部噪声”的影响。鉴于这种不可靠的生化硬件，我们发现基于点吸引子的阻尼时钟（如在蛋白质拷贝数较少的小型蓝细菌原绿球藻中发现的时钟）优于基于连续吸引子的时钟。通过在这两种生物体中发现的两种时钟之间进行插值，我们展示了一系列最适合不同内外部噪声相对强度的生化相位估计策略。