Технології ДНК-комп’ютери, Частина 1
У цій статті я хочу розповісти тобі про таку потужну технологію, як "ДНК-комп'ютери". Про те, наскільки це перспективна технологія, чи зможуть біокомп'ютери замінити своїх залізних братів, чи потужніші вони, та й взагалі, навіщо це потрібно і чи варто вникати у цю тематику?
Однозначна і сувора відповідь: ВАРТО!
Відразу переходити до плюсів цієї технології та її переваг я вважаю недоцільним без будь-якого введення. І щоб не вийшла картина "коня у вакуумі", почнемо з азів, пов'язаних із ДНК-комп'ютерами та обчисленнями на них.
Отже, перш ніж приступити до визначення ДНК-комп'ютера, потрібно спочатку згадати, що таке ДНК.
ДНК (ДезоксирибоНуклеїнова Кислота) - це макромолекула (молекула з високою молекулярною масою, що представляє собою багаторазово повторювані ланки за своєю структурою).
ДНК - це з трьох основних макромолекул (дві інші - це РНК (РибоНуклеїнова Кислота) і білки). РНК дуже тісно пов'язана з ДНК у біохімічних процесах, пов'язаних з інформацією, що зберігається у клітинах.
Щоб краще зрозуміти міць, що міститься в ДНК, варто відзначити той факт, що в одному кубічному сантиметрі ДНК може бути більше інформації, ніж на трильйоні флешок розмірів 1 Гб.
Уявляєте! Це лише маленький кубічний сантиметр! Всього лише. А така міць! Як вражає сам розмах можливостей за обсягами інформації, що зберігається!
ДНК у клітинах, переважно, займається зберіганням інформації структуру РНК і білків. Варто відзначити різну структуру ДНК та РНК:
Так само як і ДНК, РНК складається з довгого ланцюжка, але відмінність у тому, що ДНК - дволанцюжкова, спіралізована молекула, а РНК,свою чергу, є одноланцюжковою молекулою. Також варто відзначити, що ДНК та РНК складаються з різних груп азотистих основ, як: цитозин (Ц), гуанін (Г), аденін (А), урацил (У), тимін (T).
ДНК складається тільки з: аденіну, гуаніну, тиміну та цитозину. РНК тільки з аденіну, гуаніну, цитозину та урацилу.
Можна створити таку міні кодову структуру з інформації, описаної вище: ДНК - А, Р, T, Ц. РНК - А, Р, Ц, У.
Дане кодування далі допоможе нам розуміти процеси, пов'язані з ДНК-комп'ютерами.
Варто також згадати таке поняття, як "комплементарність" (взаємна відповідність молекул, що забезпечує утворення водневих зв'язків між їх фрагментами), тобто: ДНК аденін з'єднується тільки з тиміном (А-T), а гуанін тільки з цитозином (Г -Ц).
У випадку РНК зв'язок гуаніну і цитозину (Г-Ц) існує так само, як і в ДНК, але аденін з'єднується з урацилом, а не тиміном (А-У), а також між гуаніном і урацилом (Г-У), проте існують виняток, коли можна зустріти навіть такий зв'язок, як аденіна з гуаніном (A-Г).
Хочу відзначити у вкрай спрощеній та абстрактній формі, що різні фрагменти ДНК, пов'язані водневими зв'язками, можна подати як структуру даних, як, припустимо, байт (умовно проводжу таку асоціацію тільки для розуміння того, що ДНК-комп'ютер може використовувати молекули як умовну одиницю зберігання). інформації).
Нагадаю, що байт – це одиниця інформації, що складається з 8 бітів (де біт дорівнює 1 або 0). Наприклад, візьмемо число 255 (максимальне значення одного байта), 255 у бінарному поданні виглядає так:
А тепер повернемося до схеми комплементарності ДНК/РНК:
Придивись хоча б до першої послідовності: АГЦТТЦАГЦЦТЦ.
А зараззнову подивися на структуру 255 у бітовому поданні (1 байт):
Чи відчуваєш, що послідовність ДНК нагадує кодування інформації?
Так, саме, за схожим поняттям ДНК-комп'ютери оперують зі своїми даними, тільки там не 1 і 0, а молекули, але загальний принцип, я думаю, ти усвідомив.
Звичайно, аденін або цитозин не дорівнює одному байту, якщо ще враховувати, що на початку статті я взагалі сказав, що в одному кубічному сантиметрі знаходиться більше інформації, ніж на трильйоні флешок розміром 1 Гб.
Цю асоціацію ДНК-структури з байтом я провів лише заради того, щоб ти візуально зрозумів, як оперує ДНК-комп'ютер хоч на якомусь початковому рівні вистави.
У Берклі готують не лише потужних DNA-інженерів, славетний ВНЗ може похвалитися тим, що в ньому винайшли циклотрон, досліджували антипротон, відіграли ключову роль у розробці атомної бомби та лазера, відкрили хімічні елементи плутоній, берклій, сиборгій та каліфорній. Дивишся на нашу поточну освіту в країні і сльози просто навертаються. А Задорнов каже, що американці – тупі.
ДНК-комп'ютери становлять реальну загрозу кремнієвим побратимам лише з допомогою паралелізму хімічних реакцій, вироблених ДНК-комп'ютером. За рахунок високої та паралельної швидкості реакцій, вироблених ДНК, стає можливим вирішити ряд завдань, раніше нездійсненних на потужних серверах (мейнстримах), а не простих за потужністю комп'ютерів.
Також варто згадати успіх одного з наших співвітчизників, але тільки в плані концепту. Дизайнер із міста Чебоксари Юрій Дмитрієв розробив концепцію холодильника майбутнього для конкурсу Electrolux Design Lab, який проходив ще у 2010 році, і де Юрій посів 2-е місце, що було на той момент рекордом для українців.т.к. на таких конкурсах наші співвітчизники призових місць раніше не займали.
Юрій Дмитрієв закінчив Чуваський Державний Університет І.М. Ульянова. Він висунув концепт біохолодильника, який зберігає продукти за допомогою гелю-полімеру.
Принцип роботи даного пристрою - це перетворення невидимих неозброєним оком інфрачервоних променів у світ. Охолоджує він поглинаючи енергію тепла і видає в іншому масштабі довжин хвиль. Сам цикл охолодження не потребує енерговитрат. Продукти опускаються в гель, а поверхневе натяг робить окрему капсулу кожному продукту.