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

Ranní ptáče nebo sova?

Ranní ptáče nebo sova?

Genetici z Kalifornie zjistili, že to, zda člověk ráno nemůže dospat nebo by...
71. výročí Pražského povstání

71. výročí Pražského povstání

Před 71 lety vypuklo Pražské povstání. O jeho průběhu, ale i zákulisních...
Záhada Tullimonstra odhalena

Záhada Tullimonstra odhalena

Amatérský sběratel fosilií Francis Tully našel v roce 1955 zkamenělinu tvora,...
Jak se testuje odolnost vůči vodě a prachu?

Jak se testuje odolnost vůči...

Nové telefony z řady Samsung Galaxy jsou špičkou na trhu v mnoha...
Co stvořil Václav Hájek z Libočan?

Co stvořil Václav Hájek z Libočan?

Nové vydání Kroniky české Václava Hájka z Libočan upozorňuje nejen na...
Mrakodrapový král až navěky

Mrakodrapový král až navěky

Na světě již dávno stojí vyšší mrakodrapy. Mnohé z nich jsou...
Máme na dosah recept na dlouhověkost?

Máme na dosah recept na...

Vědci z Harvardovy univerzity zjistili, že uměle podaná dávka proteinu GDF11...
Nejhorší vzduch dýchají Indové

Nejhorší vzduch dýchají Indové

Právo dýchat čistý vzduch by mělo být naprosto přirozené. Bohužel...
Jak se z hroznů stane víno?

Jak se z hroznů stane víno?

Čím vším musí projít čerstvě natrhané hrozny, aby z...
Co je to tokamak?

Co je to tokamak?

V současné době získává naše civilizace naprostou většinu energie z...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Šok: Planeta Země vydává zvláštní zvuky!

Šok: Planeta Země vydává...

Věděli jste, že i planeta Země vydává vlastní...
VIDEO: Podařilo se natočit jezerní monstrum mokele-mbembe?

VIDEO: Podařilo se natočit...

V roce 1992 nad jezerem Tele přelétává letadlo...
Mozková mrtvice: Počet těchto příhod se každým rokem zvyšuje!

Mozková mrtvice: Počet těchto...

Mozková mrtvice. Už jen spojení těchto dvou slov zní velmi...
Tajemné psaní: Komu Beethoven vyznal svou lásku?

Tajemné psaní: Komu Beethoven...

Dva muži otevírají 27. března 1827 zásuvky psacího...
VIDEO: Záhadný tvor s neuvěřitelně dlouhými chapadly!

VIDEO: Záhadný tvor s...

Krakatici vzácného druhu magnapinna, který...
Bolševici a nacisté: Místy až vzorová spolupráce!

Bolševici a nacisté: Místy až...

23. srpna 1939 zůstal svět v šoku. Dvě země,...
Bravo! Čeští inženýři vyvinuli zcela nový motor na stlačený plyn do lokomotiv

Bravo! Čeští inženýři vyvinuli...

Výzkumný tým z  Vysokého učení technického v ...
Tutanchamonova hrobka: Bude někdy odhaleno její tajemství?

Tutanchamonova hrobka: Bude někdy...

„Možná jsme na stopě Nefetiti,“tvrdí egyptolog...
Vynalézavost parazitů nezná mezí: Uhnízdí se i ve vašem mozku?

Vynalézavost parazitů nezná mezí:...

Většina živočišných druhů na naší planetě jsou...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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