Domů     Zajímavosti
Počítače a DNA
21.stoleti 21.1.2004

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

Související články
Technika Zajímavosti 13.11.2026
Elektromobil dokáže na dálnici uhánět stejně rychle jako vůz se spalovacím motorem. Jenže každé sešlápnutí akcelerátoru navíc se projeví na spotřebě, dojezdu i počtu nabíjecích zastávek. U nového Subaru Solterra jsme si proto položili jednoduchou otázku: Jak rychle jet, aby cesta dlouhá tisíc kilometrů zabrala co nejméně času? Odpověď překvapivě neleží ani u dálniční stovky, […]
Medicína Zajímavosti 13.11.2026
Křupavé, příjemně kyselé a připravené z několika obyčejných surovin. Domácí kysané zelí patří k tradicím, které mají co nabídnout i dnešní kuchyni. Vedle vlákniny a látek obsažených v čerstvé zelenině přináší také produkty mléčného kvašení a v tepelně neošetřené podobě i živé bakterie. Eliška Kováříková z odboru potravinářství Národního centra zemědělského a potravinářského výzkumu (CARC) […]
Zajímavosti 11.11.2026
Česká hlava by se mohla nazývat „domácí nobelovkou“ – jde o největší ocenění, které tuzemský vědec může získat. Už od roku 2002 jsou ceny udělovány pro nejlepší české patenty, objevy a vynálezy Na její organizaci se podílejí jak vědecké, tak státní a podnikatelské instituce, takže představuje unikátní spojení všech nejdůležitějších subjektů, které rozhodují o vědecké […]
Český astronaut na palubě rakety připravené ke startu – takový obrázek by měla nabídnout blízká budoucnost roku 2027. Na plánované misi budou využity i poznatky, získané tuzemskými vědci díky špičkovému kobaltovému ozařovači. Problematika ionizujícího záření představuje důležité téma, jemuž se vedle mnoha dalších intenzivně věnuje Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR (ÚJF AV ČR). Už […]
Jak se sem ty nádoby dostaly? To je záhada! Anebo ne? Keramické amfory, „utopené“ poblíž tureckého ostrova, jednoduše vydržely déle než dřevo lodi, která je kdysi převážela. Po dlouhých tisíciletích zůstaly z plavidla jen kotvy a nádoby, v nichž byl uložen náklad. Od doby, kdy člověk vyplul na moře, šlo bezpočet lodí, člunů či parníků […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Smolný den: Čtyři tragédie zrovna na pátek třináctého
epochaplus.cz
Smolný den: Čtyři tragédie zrovna na pátek třináctého
Jaký tropický cyklón si vezme nejvíc životů? Bezkonkurenčně Bhola. Jméno dostane po největším z bangladéšských ostrovů. Zformuje se 8. listopadu roku 1970 nad Bengálským zálivem a vydá se zdrtit Východní Pákistán (dnešní Bangladéš) i část Indie. Zabíjí i na pátek 13. EpochaPlus.cz vám přináší sérii tragických událostí, které jen přilily do kotlíků pověr o neštěstí
Polští odbojáři se mstili za vězně z Pawiaku
historyplus.cz
Polští odbojáři se mstili za vězně z Pawiaku
Pawiak pomstíme! Právě tento nápis zaplaví ke konci roku 1942 varšavské ulice. Polští odbojáři už mají plné zuby toho, jak nacisté zacházejí s vězni v místním žaláři, a rozhodnou se okupantům pustit žilou. Vyšlápnou si na obyčejné bachaře i na tu nejodpornější nacistickou „svini“!   Stavět se začíná v roce 1830 a dokončena je o šest let
LITOMĚŘICKÝ ADVENTNÍ JARMARK
epochanacestach.cz
LITOMĚŘICKÝ ADVENTNÍ JARMARK
Hrad v Litoměřicích připravil den plný vánoční inspirace, tradičních řemeslných výrobků, originálních dekorací a drobných dárků pro vaše blízké. Chybět nebudou ani pekařské a cukrářské dobroty, voňavé pochutiny a pestrý doprovodný program. Na své si přijdou také děti, pro které budou připraveny tvořivé dílničky s vánoční tématikou a setkání se živými zvířátky. Můžete se přihlásit
Vrah David Berkowitz: Prý zabíjel kvůli démonickému psovi!
enigmaplus.cz
Vrah David Berkowitz: Prý zabíjel kvůli démonickému psovi!
New York ochromí série brutálních útoků a policie dlouhé měsíce marně pátrá po jejich pachateli. Když je David Berkowitz konečně dopaden, přijde s děsivým vysvětlením. Vraždit mu prý přikazoval dé
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz