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

U Jáchymova odkryli archeologové zbytky komunistického tábora

U Jáchymova odkryli archeologové...

U Jáchymova se týmu plzeňské Západočeské univerzity podařilo najít pozůstatky...
Datum zániku Pompejí je zpochybněno

Datum zániku Pompejí je zpochybněno

Se zánikem starověkých Pompejí bylo vždy spojováno datum 24. srpna...
Archeologové v Egejském moři objevili unikátní vraky antických a byzantských lodí

Archeologové v Egejském moři objevili...

Archeologie nepřestává překvapovat. Každým týdnem se objevují nové zajímavé...
Výborní pěvci, nebo krasavci? Ptačí samci můžou mít jen jednu vlastnost!

Výborní pěvci, nebo krasavci? Ptačí...

Příroda spravedlivě nadělila každému od něčeho trochu. U některých druhů...
Císařských řezů přibývá. Někdy je to zcela zbytečný zásah do těla

Císařských řezů přibývá. Někdy je to...

Za posledních patnáct let se počet provedených císařských řezů ve světě...
Plně autonomní automobily dostanou v USA zelenou

Plně autonomní automobily...

Přestože se to zdá nemožné, Spojené státy uvažují, resp. Národní správa...
Etna se sesouvá do moře

Etna se sesouvá do moře

Sicilská sopka Etna se postupně řítí do moře. Její pohyb je zatím...
Meteorit sloužil jako zarážka dveří!

Meteorit sloužil jako zarážka...

Po 80 let se na farmě v Edmore v Michiganu používal desetikilový kámen...
Včel kriticky ubývá. Proti smrtelným virům by je měla ochránit látka z hub

Včel kriticky ubývá. Proti smrtelným...

V poslední době kriticky ubývá včel. Jejich vymírání je způsobeno především znečištěným...
Významný objev izraelských archeologů

Významný objev izraelských...

Izraelští archeologové objevili nápis, který je asi 2000 let starý. Na nalezeném...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jsou blondýnky atraktivnější než brunety?

Jsou blondýnky atraktivnější než...

Blondýny budí u mužů pozornost, kamkoliv přijdou. A bylo tomu tak...
Guttenberg se kvůli svému objevu dostal do finanční krize!

Guttenberg se kvůli svému objevu...

V tiskařské dílně je pořádný zmatek. Je potřeba stihnout vytisknout...
Vědci nechali pít lidi vlastní krev: Proč?

Vědci nechali pít lidi vlastní...

Věda je bezpochyby skvělá, a právě díky ní je náš život tak pohodlný....
VIDEO: Nejmenší stvoření, která vás mohou zabít

VIDEO: Nejmenší stvoření, která...

Ve světě se nachází spousta druhů malých živočichů. I...
Podlehl svatý Václav svodům žen?

Podlehl svatý Václav svodům žen?

„Ty jsi ještě nikdy nespal se ženou? Měl by sis to vyzkoušet a zplodit...
Přehledně: 10 věcí, o kterých netušíte, že je vymyslel Edison

Přehledně: 10 věcí, o kterých...

Když se řekne Edison, jako první vás asi napadne žárovka. V mysli tohoto...
Nejsilnější magnet světa v Tokyu při pokusech explodoval

Nejsilnější magnet světa v Tokyu...

Věda se hrne kupředu mílovými kroky. A i zdánlivě nevinné věci, jakými...
Kanárkové dívky plnily jedovaté látky do bomb!

Kanárkové dívky plnily jedovaté...

„Máte žluté dítě. Nebojte se, to časem vybledne,“ uklidňuje lékař britskou...
Pozor! Nejkrásnější zvířata jsou současně i ta nejnebezpečnější

Pozor! Nejkrásnější zvířata jsou...

Pěkně ostrá manikúra, jedovaté sliny nebo silná agresivita. Na první pohled...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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