ДНК-компьютеры будущего
Согласно прогнозу агентства IDC, к 2020 году объем данных, созданных и сохраненных человечеством, достигнет 40000 эксабайт. Это 40 трлн гигабайт, или 5200 гигабайт на душу населения. Для хранения всей этой информации было бы достаточно менее 100 г ДНК. Сей факт заставляет искренне верить в перспективу развития ДНК-компьютеров. Упаковка равных по массе контейнеров, поиск кратчайшего маршрута между несколькими пунктами назначения, расшифровка закодированных данных — что может быть общего у этих задач? Ответ прост — они слишком сложны для современных компьютеров.
Классическим примером может служить старинная задача о Кенигсбергских мостах, в которой спрашивалось, как пройти по всем семи мостам города, не пройдя ни по одному из них дважды. Впервые задача была решена в 1736 году великим Леонардом Эйлером, который родился в Швейцарии, но практически полжизни жил и работал в России, в Петербургской академии наук. Эйлер хорошо знал русский язык и многие свои труды публиковал на русском.
Работы Эйлера заложили основы теории графов, позволяющей формализовать подобные задачи. Точки маршрута (берега) в ней называются вершинами графа, переходы между вершинами (мосты) — ребрами. Каждое ребро имеет вес, характеризующий сложность данного перехода (расстояние, которое необходимо пройти). Эйлер выяснил, что пройти по каждому мосту Кенигсберга лишь по одному разу невозможно. Но это не отменяет другой, более важной задачи: как обойти все мосты города кратчайшим путем (задача коммивояжера)? Сложность этой и подобных задач заключается в том, что на сегодняшний день не существует ни одного известного алгоритма их решения, кроме полного перебора вариантов. В каждой последующей вершине графа задача распадается на множество аналогичных задач, и количество возможных решений возрастает экспоненциально.
В современных лабораториях процесс создания коротких фрагментов ДНК с заданным кодом полностью автоматизирован. Небольшие науч-ные группы, которые не могут позволить себе собственный синтезатор, заказывают олигонуклеотиды у коммерческих фирм.
В основе кремниевых компьютеров лежит последовательный принцип решения задач. Один за другим компьютер складывает возможные маршруты, проверяет их соответствие условиям задачи, вычисляет их длину, сравнивает результаты и выявляет кратчайший путь. Для решения задачи с 30 мостами наиболее прямолинейным способом, именуемым методом лексического перебора, понадобилось бы время большее, чем возраст Вселенной.
К счастью, существуют алгоритмы, позволяющие кремниевым компьютерам решать относительно сложные комбинаторные задачи за приемлемое время. Но есть и другой путь — вычисления с высокой параллельностью, позволяющие анализировать все возможные решения задачи одновременно. Именно этим и займутся будущие ДНК-компьютеры.
Биоавтомат
Интересно, что создатель первого ДНК-компьютера Леонард Адлеман известен прежде всего как выдающийся криптограф. В названии алгоритма шифрования RSA, без которого немыслимы мировые финансы, третья буква обозначает именно его фамилию (Rivest — Shamir — Adleman).
В 1994 году Адлеман повторил опыт Эйлера, предложив собственное решение задачи коммивояжера для графа с семью вершинами. В этом ему помог не привычный кусок кремния, а несколько пробирок, каждая из которых содержала миллиарды миллиардов молекул ДНК — биологических нанокомпьютеров. Еще в далеком 1953 году нобелевские лауреаты Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс, расшифровавшие структуру ДНК, сравнивали эту молекулу с машиной Тьюринга, гипотетическим предвестником современных процессоров.
Двойная спираль ДНК — это не что иное, как программный код, общий для всех живых организмов на Земле. По простоте и универсальности он стоит на одной ступени с машинным двоичным кодом.
Напомним, что ДНК представляет собой две спирали, соединенные между собой парами азотистых оснований. Спирали — это гигантские макромолекулы, состоящие из дезоксирибозы и фосфатных групп. Если провести аналогию с машиной Тьюринга, спираль — это перфолента, на которой записан программный код.
Код состоит из четырех букв, обозначающих азотистые основания: А — аденин, Т — тимин, С — цитозин и G — гуанин. Азотистые основания двух соседних спиралей притягиваются друг к другу, причем аденин соединяется только с тимином, а цитозин — с гуанином. Благодаря азотистым основаниям две спирали, являющиеся зеркальным отображением друг друга, соединяются в одну молекулу ДНК.
ДНК в живом организме постоянно тиражируется с помощью молекулярных машин — энзимов. Хеликазы расщепляют двойную спираль на две комплементарные спирали. Полимераза, двигаясь вдоль одинарной спирали, выстраивает ее «зеркальную» копию. Такая копия называется дополнением Уотсона-Крика.
Принципиальная схема работы вычислительных блоков ДНК. В таком виде граф задачи был представлен в работе Леонарда Адлемана. Как видно из графа, для работы ДНК-компьютера ученому пришлось секвенировать 20 олигонуклеотидов, 7 из которых представляют вершины и 13 — ребра.
Абстрактная вычислительная машина, описанная в 1936 году Аланом Тьюрингом, представляла собой бесконечную ленту, поделенную на кадры с входящими данными, и управляющее устройство, движущееся вдоль ленты, считывающее данные и изменяющее свое состояние согласно некому внутреннему алгоритму. Чем не ДНК и полимераза?
Суп из кубиков LEGO
Чтобы решить задачу для графа с семью вершинами, Адлеман использовал простейший экстенсивный алгоритм: сгенерировать все возможные маршруты; исключить все пути, которые не проходят через заданные начальную и конечную точки; исключить все пути, которые проходят более семи вершин; исключить все пути, которые проходят более одного раза через одну вершину. ДНК-компьютер чем-то напоминает конструктор LEGO. Представьте себе, что есть кубики, обозначающие вершины графа, и перемычки, способные соединять вершины в цепочки любой длины.
Источник
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - ...
Последние аномальные новости

Американцев экстренно предупредили о нападении зомби

Аномалия размером с Землю проходит мимо Солнца

Загадочные деревья из исторических записей

Исчезающее австралийское озеро вернулось

Кота Шредингера нашли внутри листьев растений

Крест на ладонях означает нечто важное

Лженаучные теории. Астрология

Лженаучные теории. Гомеопатия

Лженаучные теории. Новая хронология

Людям на Марсе придется стать мутантами

Мини-справочник по лженаукам

На экзопланетах жизнь сможет существовать дольше

Необычный кратер обнаружили на Марсе

НЛО посетил военную часть под Дальнегорском

Огромные черви-монстры пожирают Францию

Пассажир самолета снял редчайший феномен

Портал в иное измерение открылся в Шотландии

Развернутый отчет о встрече истребителя с НЛО

Ребенок выжил с пятью врожденными аномалиями

Сколько воды нужно для жизни в Солнечной системе

Слияние двух НЛО в небе над Польшей

Создали камеру для поиска экзопланет и инопланетян

Стоунхендж построили не люди

Странная погодная аномалия в Колорадо

Телескоп Хеопс будет изучать экзопланеты

Удивительное свечение над Бразилией

Хор привидений собрался в голливудском отеле

Что будет после гибели человечества

Что известно об уникальных свойствах шунгита

Чудовище вылезает из-под земли возле Зоны-51

Гипнотизер спас британца от одержимости сосисками

Девочка сняла нечто странное на озере Лох-Несс

Загадочная зеленая рука-мумия

Зафиксирован НЛО в небе над Ростовом

Земля обладает далеко не самым большим запасом воды

Используют ли пришельцы вулканы как энергетический источник

Машину экстрасенса сожгли за предсказание

Межзвездный астероид нашли в Солнечной системе

Несколько белых НЛО в небе над Чили медленно падали вниз

Оккультные и тайные общества Москвы

Падение загадочного объекта в Канаде

Поразительный феномен в колумбийском тоннеле

Потусторонние силы пугают работников Дома культуры в Полоцком районе

Похожее на Лох-Несское чудовище появилось в английском канале

Привидение в сербском полицейском участке

Путешествие двух граждан Швейцарии по уральским мегалитам

Разобрались в невозможных движениях Майкла Джексона

Тягу невозможного двигателя объяснили плохим экранированием

Удивительное солнечное гало наблюдали жители Филиппин

Ученые решили заняться тайной Лох-Несского чудовища

Увлекательные фильмы о будущем

Счетчик банкнот Magner 150 Digital. Особенности работы

Блестящий НЛО сняли в Висконсине

Загадку быстрых радиовсплесков связали с загадкой странных звезд

Инопланетянин на заднем дворе

Какие заболевания могли бы вызвать Зомби-апокалипсис

Криптозоологические диковинки. Приключения капитана Хитченса

Круглый остров у реки Парана может быть базой инопланетян

На перевале Дятлова погиб не Семен Золотарёв

Ночью после главной свадьбы Великобритании заметили НЛО

Охотник за привидениями снял загадочное существо

Почему магнитное поле Земли бежит на запад

Правда об американской лунной миссии

Разрабатывают метод погружения человека в зимнюю спячку

Регулярные наблюдения НЛО в Гумпи

Скульптуры загадочной цивилизации Сардинии

Солнечная система меняется под воздействием Нибиру

Столетнюю рыбу-монстра выловили в Китае

Тайна бесследного исчезновения людей в Швеции

Тайна Озера страха в Бурятии

Труп свиньи с человеческими руками нашли в США

Удивительная родина волшебной Снегурочки

В поисках привидений и легенд усадьбы Баташевых

Глаза на затылке не метафора

Горячие Юпитеры были предсказаны в 1952 году

Жителей Чаплыгина держит в страхе чупакабра

Загадочная кошка попала на камеру наблюдения

Инопланетяне пролетели над Петербургом

Как обойти законы квантовой механики

Кошка - проводник между нашим миром и миром иным

Международный музей НЛО в Розуэлле

Найден и расшифрован древний солнечный календарь

Необычное лазерное излучение в туманности Муравей

Никола Тесла слышал разговор инопланетян

НЛО выбирал место для посадки на взлетной полосе

Организуют научно-исследовательскую экспедицию к торгайским геоглифам

Почему в нашей галактике нет инопланетных сфер Дайсона

Самая загадочная звезда во Вселенной

Самые страшные случаи с НЛО

Теории заговора последнего столетия

Щит из магнитов может восстановить климат Марса

Ясновидящие обули пенсионерку из Нововятска

Водяное чудовище заметили в Китае

Генетический мутант вырвался на свободу

Желающих купить метеорит не нашлось

Жуткий Рейк попался на камеру

Насколько близко могут оказаться две инопланетные цивилизации

Некромантия. Научились оживлять свиной мозг

НЛО заметили в небе над Чебаркулем

Обложка журнала сломала мозг пользователям

Обнаружили наследницу дара ясновидения Ванги

Образ Христа на снимке церковного огня

Останки морского чудовища нашли в Мексике

Подтверждена точная дата смерти Гитлера

Пророчества Нострадамуса. Правда или миф

Разгадка концепции невозможного двигателя

Россия начала искать жизнь на Марсе

Современная евгеника. Как создают поколение здоровых людей

Странные небесные взрывы в Огайо

Телескоп для поиска экзопланет прислал первый снимок

Экзопланеты. От ледяного шара к раскаленному аду

Эксперты опровергают внеземное происхождение осьминогов

Аномалии сибирской деревни Окунево

Загадочная Александровская колонна

Землю спасет объединение с Луной в одну экосистему

Искусственный интеллект Алекса предсказал конец света

Колдунов давно пора остановить

Комета указала на девятую планету Солнечной системы

Мобильный телефон обнаружили на Марсе

Молнии признали самым загадочным явлением

Мы все являемся частью грандиозного и смертоносного эксперимента

На дне Индийского океана обнаружены неизвестные животные

Наклон оси может превратить в ледяной шар обитаемую планету

Нашествие комаров на Воронежскую область

Нашли свидетельства жизни на Марсе

Обнаружили еще одну таинственную звуковую иллюзию

Подсчитали число мертвых звезд в окрестностях Солнца

Пророчества, связанные с Исаакиевским собором

Тайна гранитных плит в могиле дятловца Золотарёва

Шансы найти жизнь на Европе возросли

Эпидемия, которая уничтожит людей, животных и растения

Ясновидящая поддержала ограничение рекламы для экстрасенсов

Армада НЛО пролетела над Флоридой

База инопланетян в кратере Фалес на Луне

ВВС США испытают авиационный боевой лазер в течение года

Девочку-альбиноса обезглавили ради магических амулетов

Жизнь - это наказание

Загадка Таосского гула

Загадочные лунные облака

Загадочный феномен в магнитном поле Земли

Инопланетный кокон нашли в Техасе

Инопланетяне - дальние родственники людей

Инопланетяне похожи на осьминогов

Колдовская деревня Трасмос

Колдовские пещеры Сугаррамурди

Конспирологи утверждают, что Австралии не существует

Летающую тарелку сняли на юге Франции

Мифы и легенды Бреста

Найден кислород возрастом 13,3 миллиарда лет

Научные загадки без ответа

Новая тайна перевала Дятлова оказалась грубой подделкой

Писатель обвинил инопланетян в смерти Мэрилин Монро

Призрак приходского священника Эль-Аламина

Призрачная фигура девушки Плаца дель Рей

Проклятая деревня Ла-Польворанка

Пугающий полтергейст в Буэнос-Айресе

Пульсирующий НЛО над Лас-Вегасом

Странная аномалия в небе

Тайна возникновения жизни на Земле

Тайна исполинских котлов Финляндии

Тайны Кашкулакской пещеры

Физический труд - смертельно опасен

Аудиозапись заколдованного голоса поссорила пользователей

Ведьмы и колдуны после смерти становятся стригоями

Водяной дух келпи является людям в облике коня

Волшебный цыпленок, который по ночам блуждает по небу

Встреча с НЛО в Казахстане

Дух младенца, летающий над Карловым мостом

Житель Бристоля увидел бигфута

Житель Смоленска увидел НЛО

Завершился эксперимент по имитации жизни на Луне

Загадочная ночная прачка

Зловещие черные собаки Великобритании

Злые существа скандинавской мифологии некки

Искусственный интеллект научился одевать людей

Искусственный интеллект создал уровни для DOOM

Коварство красной шапочки

Небо не для всех голубое

Нибиру является Звездой смерти

НЛО заметили в небе Флориды

НЛО замечен над российско-финляндской границей

НЛО пролетел над Гавайями

Окончание ремонта могилы дятловца Золотарёва

Привидение сняла видеоняня в Англии

Пришельцы скрываются в параллельных мирах

Рисунки Наска созданы для привлечения инопланетян

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика