基因、神经元、互联网，组织原理都一样？

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    [生物通讯]我们基因组中的30,000多个基因是如何协同工作形成现在这个样子的我们的？而大脑中的一千亿个神经元又是如何运作的？这个复杂网络涉及太多的影响因素，使我们很难理清其中的头绪。现在，一项发表在10月25日期《科学》（Science） 杂志上的研究揭示了一个发现从神经网络到生态食物网络，甚至到互联网等所有网络所共有的组织原理的策略。

    这支由Weizmann科学研究院分子细胞生物学系的Uri Alon博士领导的研究小组发现了构成遗传、神经、科技甚至食物网络基础的几个组织模式，他们将这些模式称为“基本网络模式（network motifs）”这项数学技术最早是在今年早些时候提出的（发表在《自然遗传学》上），现在证明这个数学方法适用于广泛的系统。

    在开发这个技术时，Alon猜测，在自然界中执行重要功能的网络模式出现的频率可能比随机化的网络更频繁。有了这一想法，他设计了一个使他可以分析许多科学发现的运算法则，以此来检查一些已经研究得比较透彻的关键生物网络。Alon注意到，不知为什么，一些模式在有机网络中重复的频率就是比随机化网络中出现的频率高得多。这些为数不多的模式被区分出，作为可能的网络基本模式。

    令人惊异的是，研究小组还发现遗传和神经系统中有两个基本模式是一样的。“显然，两个信息加工系统使用的是相似的策略。”Alon说。“神经和遗传网络共享的这两个基本模式可能起着过滤干扰，使得多个神经元或基因一起激活的作用。”

    揭示出这些网络的“配线”策略将有助于科学家划分生物界的分类系统（例如小鼠和狮子就同属于一类，如果它们有许多共同的网络基本模式，就可将它们划分为同一种的范畴）。这一策略不仅可以作为一个组织原理：我们可以通过研究遗传系统来研究神经系统，因为遗传系统相对而言要容易研究一些。”Alon说。

    研究小组研究了7个不同的生态系统，发现这些基本模式与食物链也有关联。一个在食物网络中重现的基本模式显示，一种给定食肉动物的不同种的牺牲者往往为了一个共有的食物资源而竞争。而食肉动物不会分享这个食物资源。

    Alon的方法是根据基本网络模式出现的频率对其进行检测。任何在功能上很重要但并不具有统计学意义的模式都不会被这种计算方法识别。但这是朝着揭示复杂系统的骨干的目标迈出的重要一步。

    这些朴素简单的基本模式能够提供给我们人类什么？Alon表示，他的梦想是检测并了解控制我们机体的基本规律，彰显一个细胞完整的工作机制，并找到修复它们的方式。科学家希望，遥远未来的某一天，医生的工作可相当于现今的电子工程师。他们将分析功能出错细胞的蓝图，然后修理他们，使细胞重新正常运转。

消息来源：Weizmann研究院

生物通编译自BIO.COM