科学也疯狂！他们创造出更动听的蛋白质音乐
2021-10-07
近年来，科学家们以蛋白质结构为基础创作了音乐，以便更好地向公众普及科学知识。但由此产生的歌曲并不总是悦耳的。好消息是，研究人员能利用现有音乐风格改变蛋白质歌曲，使其更具音乐性。
近日，研究人员以肖邦的《幻想即兴曲》等古典音乐作品为指导，成功地将蛋白质转化为更具音乐性的歌曲。9月29日，相关论文发表在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Heliyon。
科学家已经使用相关算法让蛋白“唱歌”。这种算法能分析蛋白质的特定元素——比如氨基酸的大小和位置，并将它们映射到各种音乐元素上，从而创造出蛋白质结构的“歌声”。
“现有的蛋白质音乐大多是将某些氨基酸模式简单地映射到音调和音符等基本音乐特征上设计出来的，无法很好地映射到节奏和和声等更复杂的音乐特征上。”论文通讯作者、新加坡国立大学药学系教授陈宇宗（音译）说，“通过聚焦一种音乐风格，我们可以指导氨基酸模式与各种音乐特征的更复杂映射。”
在相关实验中，研究人员分析了19世纪中期的4首古典音乐作品的音高、长度、八度、和弦、力度和主题。这些作品包括《幻想即兴曲》和舒伯特的《流浪者幻想曲》等，代表了当时著名的“幻想即兴曲流派”。
“我们选择‘幻想即兴曲流派’的音乐风格，是因为它的特点是表达自由，我们觉得这能体现蛋白质对情绪等人体功能的调节。”美国洛克菲勒大学博士后研究员、论文合著者张鹏（音译）说。
同样，研究人员也选择了一些与“幻想即兴曲流派”特质相似的蛋白质。在被测试的18种蛋白质中，大多数参与了调节人类情感、认知、感觉或表现等功能，研究人员认为这些功能与“幻想即兴曲流派”的情感和表达有关。
之后，他们将104种蛋白质的结构、物理化学性和结合氨基酸属性，与6种音乐特征相结合。“我们根据不同音乐特征的量化值筛选每个氨基酸属性的定量谱，以找到最优的映射配对。例如，我们用氨基酸大小来标记音符长度，氨基酸越大，对应的音符长度就越短。”陈宇宗说。
研究人员发现，这种方法能显著改善蛋白质歌曲的音乐性。特别是，与早期版本的算法相比，新算法对催产素蛋白质受体（OXTR）的音乐性提高幅度最大。
“OXTR‘演奏了’我们最喜欢的歌曲。”张鹏说，“这个蛋白质序列产生了一个可识别的主题，在整首曲子的节奏中不断重复，以及一些独立并重复出现的有趣主题和模式，还有一些悦耳的和声。”
然而，作者注意到，虽然该引导算法提高了蛋白质歌曲的整体音乐性，但在与真正的音乐艺术相似之前，仍需更多研究。
“我们将探索更多的音乐风格和更复杂的氨基酸属性组合，以增强作品的音乐性和新颖性。下一步，也是非常重要的一步，我们计划利用人工智能学习复杂的氨基酸属性及其与不同音乐风格的结合，创造出蛋白质音乐艺术品。”陈宇宗说。
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