生化网络中延迟信息传输的权衡

为了传输生化信号，生物调控系统耗散能量并伴随熵产生。此外，信号传导常在苛刻的环境条件下进行。在一个由输入和延迟输出构成的简单模型调控电路中，我们探究了信息传输与系统能量效率之间的权衡。在给定固定熵产生量和延迟响应的情况下，我们确定了信息量最大的网络，并探讨了含反馈与不含反馈两种情况。我们发现反馈使得该电路能够克服能量约束，即使在无耗散极限下也能传输接近最大可用信息。以休克响应为特征的负反馈环在高耗散下最优。接近平衡时，以其稳定性著称的正反馈环变得信息量更大。探究信号网络应如何构建以在最恶劣可能环境中（而非最优调谐或稳态下）最佳运作，我们发现，在大耗散下，同样的普适模体在所有这些条件下均为最优。