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

Před 26 lety zemřel zpěvák Freddie Mercury

Před 26 lety zemřel zpěvák...

Dnes je tomu rovných 26 let, co navždy utichl hlas jednoho z...
Létající auta na trhu již od roku 2019

Létající auta na trhu již od...

Čínská společnost Zhejiang Geely Holding Group je známá po celém...
Poláky může vyjít kácení v Bělověžském pralese hodně draze

Poláky může vyjít kácení v...

Soudní dvůr Evropské unie rozhodl, že musí Polsko bezodkladně přestat...
Horským kamzíkům se v Tatrách daří

Horským kamzíkům se v Tatrách daří

Pozitivní zpráva přišla z polské a slovenské strany Tater. V letošním roce se zde...
Rezervace v Milovicích se rozšířila o pět nových zubrů

Rezervace v Milovicích se rozšířila...

Ne každý ví, že se v bývalém vojenském prostoru Milovice, který se nachází u Benátek...
Na jižní pól za pomoci obnovitelné energie

Na jižní pól za pomoci...

Obnovitelná energie, toto spojení slyšíme čím dál víc. A aby toho nebylo...
Skutečně pocházíme z Afriky?

Skutečně pocházíme z Afriky?

“Člověk pochází z Afriky,” tuto teorii si ve školní lavici vyslechl...
Uber přichází s novou strategií

Uber přichází s novou strategií

Nejen v České republice, zejména v Praze, jsou řidiči Uberu středem zájmu a...
Roboti a UI

Roboti a UI

Program v hlavní budově festivalu Akademie věd ČR v Praze na Národní třídě...
Ostravští vědci vytvořili aplikaci o vážkách

Ostravští vědci vytvořili aplikaci...

Mobilní aplikace Lovec vážek CZ si klade za cíl informovat veřejnost o tomto...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Koně se také střílejí: Kulomety z nich v první světové válce dělají sekanou!

Koně se také střílejí: Kulomety z nich...

V pekle první světové války zahynou miliony lidí. Spolu s nimi také...
Zbožňovaná zpěvačka Dalida: Na lásku marně čeká až do posledních dní!

Zbožňovaná zpěvačka Dalida: Na lásku...

Jako dítě má jediné přání – stát se herečkou. Namísto toho si přes ocenění...
VIDEO: Je Panenský týnec skladištěm léčivé energie?

VIDEO: Je Panenský týnec skladištěm...

Mezi nejmystičtější a nejpozoruhodnější místa v Čechách rozhodně patří gotický chrám...
Tajemství podprahové reklamy: Dokáže vás zmanipulovat?

Tajemství podprahové reklamy:...

„Nesmysl,“ sundávají si s posměškem brýle psychologové. Právě dočetli zprávu Hale...
5x krimi, při kterém mrazí: Vraždy, popravy a justiční omyly!

5x krimi, při kterém mrazí:...

V roce 1989 popraví v Texasu Carlose DeLunu odsouzeného za...
Bitvu o ostrov Saipan ukončila hromadná sebevražda!

Bitvu o ostrov Saipan ukončila...

„Jeden člověk nemůže být odpovědný jak za politická, tak vojenská rozhodnutí....
Nepostradatelný radar: Spoléhá na něj armáda i policisté!

Nepostradatelný radar: Spoléhá na...

Občas to u některých vynálezů bývá, že jejich vznik úzce souvisí s...
Šokující tvrzení mladého Rusa: V minulém životě jsem žil na Marsu!

Šokující tvrzení mladého Rusa: V...

Boris Kiprijanovič se narodil 11. Ledna 1996 ve městě Volžskij  a už dlouhá...
Chybí vám adrenalin? Zkuste si krok do prázdna!

Chybí vám adrenalin? Zkuste si...

Závěr roku 2013 udělal radost všem milovníkům bláznivých atrakcí. Ti si ve svých...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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