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A incrível eficiência energética da vida

A incrível eficiência energética da vida
Será que foi a evolução que gerou a eficiência energética da vida, ou foi a eficiência energética que guiou a evolução? [Imagem: Zighuo.he/Wikimedia Commons]

Evolução e computação

Toda a vida na terra executa cálculos e todos os cálculos parecem requer energia.

Esse assunto tem sido alvo de bastante controvérsia ultimamente, envolvendo o chamado Limite de Landauer. Alguns afirmam que pode ser possível fazer computação sem consumo de energia, enquanto outros acreditam que o Limite de Landauer não é tão limitador assim.

Polêmicas teóricas à parte, Christopher Kempes se reuniu com colegas do visionário Instituto Santa Fé, nos EUA, para pesquisar o custo energético da computação biológica.

Da ameba unicelular aos organismos multicelulares, como os seres humanos, um dos cálculos biológicos mais básicos, comuns em toda a vida, é a "tradução" - processar a informação em um genoma e escrevê-la na forma de uma proteína.

Embora de fato consuma energia, a equipe conseguiu demonstrar que a tradução é um processo altamente eficiente do ponto de vista energético.

Eficiência energética da vida

Para entender como a vida evoluiu na Terra, Kempes defende que precisamos primeiro entender as restrições dessa evolução. Uma restrição que não foi amplamente estudada até agora é como as leis da termodinâmica restringem a função biológica, o que poderá nos dizer se a seleção natural favoreceu organismos com alta eficiência computacional.

Para medir a eficiência energética da tradução - o processo biológico pelo qual a sequência de uma molécula de RNA mensageiro é utilizada para ordenar a síntese da sequência de aminoácidos que forma uma proteína -, a equipe partiu justamente do Limite de Landauer.

"O que descobrimos é que a tradução biológica é cerca de 20 vezes menos eficiente do que o limite físico inferior absoluto. E isso é cerca de 100.00 vezes mais eficiente do que um computador," contou Kempes.

A replicação do DNA, outra computação básica comum em toda a vida, consome cerca de 165 vezes mais energia do que o Limite de Landauer. "Isso não é tão eficiente quanto a tradução biológica, mas ainda é incrivelmente bom em comparação com os computadores," acrescentou.

Agora a equipe pretende ampliar seus cálculos para verificar a eficiência termodinâmica de cálculos biológicos de alto nível, como o pensamento, e, finalmente tentar entender a importância que a eficiência energética tem para a seleção natural.

"Em última análise, nós queremos conectar tudo isso com a teoria da ciência da computação, não só para explorar esse tipo de coisa para a ciência da computação, mas também para ver se a teoria da ciência da computação tem algo a nos dizer sobre as células," disse o professor David Wolpert, coautor da pesquisa.

Bibliografia:

The thermodynamic efficiency of computations made in cells across the range of life
Christopher P. Kempes, David Wolpert, Zachary Cohen, Juan Pérez-Mercader
Philosophical Transactions of the Royal Society A
DOI: 10.1098/rsta.2016.0343




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