Počítače a DNA

Zdá se to být příliš fantastické na to, aby to byla pravda, ale vzrůstající počet výzkumů potvrzuje názor, že DNA, základní stavební kámen života, by mohla být také východiskem pro překvapivě silnou novou generaci počítačů.

Zdá se to být příliš fantastické na to, aby to byla pravda, ale vzrůstající počet výzkumů potvrzuje názor, že DNA, základní stavební kámen života, by mohla být také východiskem pro překvapivě silnou novou generaci počítačů.

Poslední dobou se zdá, že největší objevy se v současnosti rodí napříč jednotlivými vědními disciplínami. Biologické vědy a informační technologie j sou toho velmi názorným dokladem. Oba obory se protínají hned několikerým způsobem. Příkladem mohou být právě DNA počítače, kdy se jako médium pro uchovávání informací i vlastní »stroj« pro provádění výpočtů využívá molekul nukleových kyselin. Vše začalo někdy v polovině 90. let, kdy kalifornský informatik Leonard Adleman prokázal, že s genotypem jsou proveditelné zásadní matematické výpočty. DNAcomputing se stal zcela novou interdisciplinární výzkumnou oblastí. V USA stejně jako v Japonsku a Evropě probíhá hektické úsilí o to, posunout kupředu počítání s přes milion let optimalizovaným, extrémně stabilním a lehce kopírovatelným paměťovým přírodním materiálem. Co dělá počítání s genotypem tak vzrušujícím, je naděje zpřetrhat pouta dnešní počítačové technologie. DNA počítač je v principu schopen dnešní hardware předstihnout mnohonásobně v hustotě záznamu, využívání energie a počtu možných výpočetních operací.

Metoda hrubé síly

DNA počítač lze definovat jako systém pro řešení příslušně formalizováných úloh typu »sečti dvě čísla«. Zatímco ve stávajících křemíkových počítačích se výpočty realizují změnami elektromagnetického pole, DNA počítač funguje trochu jako kuličkové počitadlo -jednotlivé kousky DNA se různě proplétají přes sebe. Využití DNA počítačů se demonstruje nejčastěji na problémech obtížně vyčíslitelných, kdy se namísto sofistikovaného algoritmu požívá metoda hrubé síly. Např. luštění šifry dnes vlastně znamená vyzkoušet všechny možnosti. Na DNA počítači budou všechny alternativy reprezentovány různými molekulami DNA a stačí najít mezi nimi tu pravou. Přitom se vychází z faktu, že v protřepávané zkumavce dostaneme z původní »sadby« směs  jednovláknových a vícevláknových molekul, které budou držet pohromadě právě na základě komplementarity bází. Klíčové je – a bez toho by DNA počítače vůbec pracovat nemohly – že řetězce, které nejsou přesně komplementární, spolu pohromadě držet nebudou. Ve chvíli, kdy se všechny šroubovice a dvojšroubovice navzájem »dopletou«, zbývá jen odečíst výsledek. Řečeno poněkud zjednodušeně, při pohledu zvenku vypadá DNA počítač jako kbelík, kam nasypeme různé molekuly a počkáme, až nám na hladinu vyplave výsledek.

Miliarda CD-ROMů

Zatímco stolní počítače dnes dosahují rychlosti přibližně 109 operací za sekundu a superpočítače výkonu přibližně 1012, počet operací  realizovaných Adlemanovým počítačem je více než 1014 za sekundu, při zavedení některých optimalizačních postupů až 1020 za sekundu. K dalším výhodám DNA počítačů patří malá energetická náročnost. Najeden joul dodané energie může DNA počítač vykonat údajně až 2 x 1019 operací, což se blíží maximu 34 x 1019, které vyplývá z omezujících účinků druhé věty termodynamiky. Moderní superpočítače vykonají najeden dodaný joule pouze 109 operací.
Ohromující je také přednost DNA počítačů v hustotě ukládaných dat. Suchá DNA může obsahovat až 1012krát více informací než stejně objemné paměťové médium. Jinak řečeno: gram sušené DNA nese asi stejně informace jako miliarda CD-ROMů.

CO JE DNA?

DNA neboli deoxyribonukleová kyselina je vysokomolekulární organická látka. Je v ní zapsána genetická informace, která se při zdvojování DNA předává do dceřiných buněk. Každý živý organismus má již v době svého vzniku předurčenou základní stavbu svého těla a mechanismus jeho fungování. Tyto informace jsou obsaženy v molekulách nukleových kyselin. Kromě DNA je to také RNA – ribonukleová kyselina. Tyto dvě kyseliny se skládají pouze ze 4 základních stavebních prvků, nukleotidů uspořádaných v určitém pořadí za sebou. Vzájemné spojení mnoha po sobě jdoucích nukleotidů vytvoří řetězec celé molekuly nukleové kyseliny, která může obsahovat určitou informaci. Kombinace 3 nukleotidů může být přeložena do určité aminokyseliny, tedy stavebního prvku bílkovin. Sled jednotlivých nukleotidů je po trojicích přeložen podle daných pravidel do sledu aminokyselin, jejichž vzájemným spojením vzniká protein. Pravidla překladu informace z pořadí nukleotidů do pořadí aminokyselin se označují jako genetický kód.

ROZHODUJÍCÍ OBJEV V IZRAELI

Právě v těchto dnech finišují P vědci z Izraelského institutu technologie na novém j prototypu nanotranzistoru, který je stavebním kamenem elektroniky, postaveném na bázi DNA. Profesor Erez Braun tvrdí, že už mají laboratorní výsledky využívající DNA a molekulárních bílkovin, které dokáží stavět tranzistory bez lidské manipulace. Celý princip spočívá ve spojení nanovlákna uhlíku na specifickém místě s prvkem DNA. Potom stačí umístit kovové nanospoje z DNA molekulami na obou koncích vlákna. Vznikne Itakmolekulární tranzistor, který může být zapínán a vypínán aplikací elektrických impulzů. Jednotlivé tranzistory už se pak propojují samy. Použitá uhlíková vlákna měří v průřezu jen jeden nanometr, tedy jednu miliardtinu metru. Podobná uhlíková vlákna jsou uznávána jako nejperspektivnější prostředek, který umožní obrovský nárůst počtu tranzistorů na počítačovém čipu a tím mnohonásobně zvýší rychlost a paměť počítače.
Pavel Přeučil

Rubriky:  Zajímavosti
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Na pražském Chodově nalezneme nejmodernější kino v ČR

Na pražském Chodově nalezneme...

Společnost Cinema City je dlouhodobým provozovatelem multikin v tuzemsku i...
Jak se z lahve stane tričko?

Jak se z lahve stane tričko?

Ne všechen odpad musí být nutně na obtíž. Dobrý příkladem jsou použité...
Šest desítek let kontejnerové přepravy

Šest desítek let kontejnerové...

Svět křižují miliony a miliony přepravních kontejnerů. Brázdí moře a oceány,...
Život v jurtě aneb Souznění s přírodou

Život v jurtě aneb Souznění s...

Vzhled jurt se region od region liší, co však mají všechny společné je...
Podpora bikesharingu v Česku

Podpora bikesharingu v Česku

Ministerstvo životního prostředí spolu se Státním fondem životního prostředí ČR...
V Šanghaji přesunuli buddhistický chrám

V Šanghaji přesunuli buddhistický...

V nejlidnatějším městě Číny bylo v neděli dokončeno 15 dní trvající...
Čeští vědci zkoumají mimořádně důležitého mořského prvoka

Čeští vědci zkoumají mimořádně...

Českobudějovičtí parazitologové získali další americký grant na výzkum mořského...
Jak se těží český granát?

Jak se těží český granát?

České granáty jsou díky své krvavě červené barvě nezaměnitelné a po špercích z nich...
Smajlík slaví 35. narozeniny

Smajlík slaví 35. narozeniny

Vývoj v oblasti počítačových technologií nabírá tempo dosahující takříkajíc...
Tajuplný Teotihuacán – mezi Sluncem a Měsícem

Tajuplný Teotihuacán – mezi...

Teotihuacán byl ve své době nejvýznamnějším náboženským centrem Střední...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Banská Štiavnica: Jedno z nejkouzelnějších měst v Evropě!

Banská Štiavnica: Jedno z...

V údolí mezi Štiavnickými vrchy leží jedno z nejkouzelnějších měst nejen na...
Černý pátek na vídeňské burze: Co přivedlo slavného generála na mizinu?

Černý pátek na vídeňské burze: Co...

Když v roce 1871 Francie prohraje prusko-rakouskou válku, musí právě...
Mýtus ruské revoluce: Jak to bylo ve skutečnosti?

Mýtus ruské revoluce: Jak to bylo...

Rok 1917 je pro Rusko kritický. Již třetí rok bojuje po boku Velké...
Piercing: Nejkontroverznější šperk na světě!

Piercing: Nejkontroverznější šperk...

Píše se 17. listopadu 1978. V západním Hollywoodu se právě otevírá salon,...
Zpívající herec: Russell Crowe a boží hněv

Zpívající herec: Russell Crowe a...

Russell Crowe (*1964) založil první kapelu Roman Antix už...
3 x slavné útěky: Z nacistického tábora, španělské pevnosti i cely smrti

3 x slavné útěky: Z nacistického...

V srpnu 1941 provede holandský kapitán Machiel van den Heuvel...
Geniální gólman, nebo šílenec? Podívejte se na jeho neuvěřitelné kousky!

Geniální gólman, nebo šílenec?...

Ve fotbalové historii nalezneme stovky talentovaných hráčů, kteří uchvátí fanoušky....
Skuteční vlkodlaci: Šlo o šílence, nebo vyznavače tajného kultu?

Skuteční vlkodlaci: Šlo o šílence,...

Francouzský venkov pročesávají vojáci. Všude nacházejí mrtvá těla, některá jsou...
Želví krunýř: Tank stvořený přírodou!

Želví krunýř: Tank stvořený...

Pomalost, dlouhověkost, ale hlavně krunýř. To jsou typické znaky želv. Proč je...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.