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

Čínský obojživelný obr vzlétne v roce 2022

Čínský obojživelný obr vzlétne v...

Společnost Aviation Industry Corporation of China (AVIC) uvedla, že...
Videohra Kingdom Come jako pomůcka pro vysoké školy

Videohra Kingdom Come jako pomůcka...

Již za několik měsíců se chystá Masarykova Univerzita v Brně zahájit...
Apple představil nový typ výroby hliníku

Apple představil nový typ výroby...

Proces výroby hliníku se prakticky již 130 let nezměnil. Nicméně...
Život beze strachu: Urbachův-Wietheho syndrom

Život beze strachu:...

Ať už se nám to líbí nebo ne, strach je běžnou součástí lidského...
Plastový odpad znečistil už i Mariánský příkop

Plastový odpad znečistil už i...

V poslední době 21. STOLETÍ opakovaně informovalo o problematice znečišťování...
Tesla na tom není tak zle, jak to vypadá

Tesla na tom není tak zle, jak to...

Již na konci loňského roku se objevily informace, že automobilka Tesla postaví...
Vědci v němém úžasu: Socha Buddhy v Japonsku je plná historických pokladů

Vědci v němém úžasu: Socha Buddhy v...

Asi 700 let stará socha Buddhy z japonského města Nara je po okraj naplněná...
Nejstaršího pavouka na Zemi zabila vosa

Nejstaršího pavouka na Zemi...

Ke kuriózní smrti došlo v souvislosti s nejstarším známým pavoukem na světě,...
Vědce překvapila prasklina země na Novém Zélandu

Vědce překvapila prasklina země na...

Na rozdíl od České republiky, nemohou si obyvatelé Nového Zélandu stěžovat na...
Zapomínáte sny? Pomůže vitamín B6

Zapomínáte sny? Pomůže vitamín B6

Jste ten typ člověka, co si nepamatuje sny? Pokud byste to chtěli změnit,...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Česká konfese: Listina, kvůli níž se císař bál manželky

Česká konfese: Listina, kvůli níž se...

Císař Ferdinand I. od roku 1560 cítí, jak mu ubývají síly. Trápí ho zdraví, ale...
Sedm povolání, u kterých klouby trpí

Sedm povolání, u kterých klouby...

Každé zaměstnání má své výhody i nevýhody, a ne každému se poštěstí spravovat...
Na válečné stezce: 3 indiáni, před nimiž se běloši třásli strachy

Na válečné stezce: 3 indiáni, před...

Britští vojáci z ochozů pevnosti Michilimackinac u průlivu Mackinac mezi Michiganským a...
Největší socha ženy na světě: Spadne Matka vlast k zemi?

Největší socha ženy na světě:...

Vítr se prohání na Mamajevském návrší nad Volgogradem. Na obloze se honí černé...
Přehledně: Cesta k poznání atomu!

Přehledně: Cesta k poznání atomu!

Co je člověk člověkem, zajímá ho, z čeho je složen okolní svět. Už řečtí...
Jak skutečně žili lovci mamutů?

Jak skutečně žili lovci mamutů?

Proslulá kniha Eduarda Štorcha líčí lovce mamutů jako srstí porostlé...
VIDEO: Nešťastného muže „spoknul“ eskalátor!

VIDEO: Nešťastného muže...

Eskalátory patří k našemu životu stejně jako výtahy nebo obyčejné...
Genetika: Kdysi buržoazní pavěda, dnes zásadní pomocník medicíny

Genetika: Kdysi buržoazní pavěda,...

Lékařská genetika a genomika v posledních několika letech překročily řadu...
Utekla slavná pěvkyně Kalašová z vlasti kvůli intrikám?

Utekla slavná pěvkyně Kalašová z...

Nejprestižnější světové operní scény lidé málem zboří ovacemi, když v nich vystupuje půvabná operní zpěvačka Klementina...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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