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
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - ...
Последние аномальные новости

Вера в инопланетян с точки зрения Ислама

Загадочное древнее сооружение обнаружили в Индии

Загадочную блуждающую черную дыру нашли в центре Галактики

Индийского гуру приговорили к пожизненному заключению

Искусственный интеллект нашел таинственного предка человека

Истории о загадочном Мерцающем человеке

Как распознать инопланетян

КГБ знало о базах инопланетян в аномальной зоне Молебка

Ледяной диск появился на реке в Эстонии

Межзвездный объект Оумуамуа может быть инопланетным зондом

На пляж Австралии вымыло совершенно невероятных существ

Нибиру готовится к уничтожению Земли

Пентагон потратил миллионы на поиск инопланетян

Прототип ровера испытали в марсианских условиях

Разгадали секрет появления близнецов

Самые необычные медицинские случаи 2018 года

Таинственные вспышки в небе Флориды

Холодная война перемещается в космос

Что говорят люди перед смертью

Что о смене полюсов забыли рассказать геофизики

Астероидов–кандидатов на столкновение с Землей тысячи

Африканских рыбаков напугала красная река

Банкир-рептилоид замечен в прямом эфире

Висящая колонна индийского храма Лепакшми

Генная модификация человека в будущем неизбежна

Депутат Госдумы заявил, что экстрасенсы - это абсолютное зло

Жуткая ночь наступит 21 января в 21-12

Китайский корабль попал в другое измерение в море Дьявола

Космический туризм на Марс маловероятен

Красный столб возник в небе Техаса

Летающее существо заметили в венгерском лесу

Миллиардеру нужна господдержка для колонизации Марса

Мистический Зеленый остров в Ростове-на-Дону

Мужчина носит только желтую одежду

Объяснено появление таинственной генетической аномалии

Предложили создать систему защиты Земли от астероидов

Предупредили об угрозе столкновения Земли с астероидом

Призрака сняли на праздничной вечеринке

Статую йети установили в Северной Каролине

Чупакабра бесчинствует в Аургазинском районе

Воздействие Нибиру достигло пояса астероидов

Гадания на Рождество и Святки

Голову инопланетянина нашли на Луне

Инопланетное пение доносилось с небес Малайзии

Инопланетяне грохнули полицейского

Инопланетяне действуют очень агрессивно

Как люди отреагируют на Третью мировую войну

Как старинные сооружения помогали ориентироваться в датах

Ледяной диск, вращающийся на реке в штате Мэн

Лунатик сделал предложение девушке во сне и забыл

На Титане идут дожди

Подземные ходы под Кировом. Миф или реальность

Призрак снялся вместе с подругами в старом храме

Спорный сигнал темной материи может быть вызван гелием

Сторонники теории плоской Земли совершат круиз к краю планеты

Существование экзолун докажут не скоро

Таинственный Покайнский лес

Тихий городок окутали загадочные вспышки насилия

Удивительные рукотворные структуры в Северной Атлантике

Установку статуи дьявола отложили до решения суда

Автомобили-роботы со знаком качества

Бизнесмен обвинил экстрасенса в разрушении своей семьи

Доказана польза голодания для продления жизни

Женщина сняла в доме призрак умершего сына

Женщину напугала жуткая химера

Жизнь на Земле появилась в результате столкновения

Зомби-эксперимент над заключенными в СССР

К чему приснились похороны

К чему снится белая крыса

К чему снится увольнение с работы

К чему снится угон машины

К чему снится укус собаки

Как НАСА планирует сбивать опасные астероиды

Как поет атмосфера Земли

На спутниках с океанами инопланетян можно не искать

Над вулканом Попокатепетль заметили НЛО

Над озером Виннипег потерпел крушение НЛО

Нечто пыталось заманить мальчика в чащу леса

О сбывшихся предсказаниях

Пентагон хочет строить разумных насекомых-роботов

Предсказатели пообещали наступление Судного дня после Крещения

Призраки Англии привлекают туристов

Самый жуткий музей России

Секреты японского долголетия

Стали известны подробности предсказаний Ванги

Странные явления поразили США

Установили дорожный знак, предупреждающий о снежном человеке

Фирма Nike создала самозатягивающиеся кроссовки

ЦЕРН планирует построить новый коллайдер

Экипаж подводной лодки США снял НЛО

Дом с привидениями есть в Перми

Загадочные взрывы трансформаторов продолжаются

Загадочный треугольник на юге Гренландии

Знаменитости, которые видели инопланетян

Как Россия готовится к колонизации Луны

Китайский зонд никогда не был на Луне

Марсоходы занесли земную жизнь на Марс

Математики создали проблему, которую не может решить ИИ

Мы осознаем, что умираем

На могиле женщины сняли дымку, похожую на ее лицо

Наличие долгожителей в семье позволит прожить дольше

Начало депопуляции. Странный вирус распространяется по США

Необычный вид призраков из Германии

НЛО заметили над Кемеровом

НЛО запечатлели возле Зоны 51

Обнаружено место крушения НЛО в Антарктиде

Откуда магия пришла в нашу жизнь

Охотники за инопланетянами теперь могут заглянуть в базу данных SETI

Первый контакт с инопланетянами станет настоящим шоком

Предложено обучать школьников действиям при падении астероидов

Предсказания Вольфа Мессинга на 2019 год

При аресте народного целителя Бразилии полицию атаковал полтергейст

Прототип космозонда на паровой тяге прошел испытания

Растения слышат своих опылителей

Субсатурны поставили под вопрос теорию образования планет

Тайна алжирских пирамид

Уникальный протопланетный диск у двойной звезды

Фантаст Айзек Азимов предсказал, что случится в 2019 году

Четверть века назад была обнаружена первая экзопланета

Шахматные фигуры использовали в качестве оберега

Ангел-хранитель по знаку Зодиака

Бизнесмен раскрыл ветхозаветные тайны

Бомбоубежища древней цивилизации

Гороскоп экстрасенсов на 2019 год. Что ждет Украину

Изучение землян инопланетянами может привести к скорому вторжению

Инженер разработал летающую тарелку еще в 1927 году

К чему снится авиакатастрофа

К чему снится вертолет

К чему снится икона

К чему снится кошка с котятами

К чему снится опоздать на поезд

Крещение во время Кровавой Луны может стать последним знамением

Матрона Московская упомянула, когда наступит конец света

Мечта об Атлантиде как о потерянном рае неистребима

Мужчина несколько лет не может забыть встречу с НЛО

На что способны модифицированные растения

Нашли доказательство того, что Иисус пришел из космоса

Нибиру превратит Крещение в Судный день

Облик звероликих чудовищ в китайском искусстве

Открылся центр по разработке самоуправляемых автомобилей

Охотников за привидениями заметили в Пензе

Очередной конец света конспирологи назначили на февраль

Почему наши телескопы не могут найти Нибиру

Самые таинственные места Южного Урала

Священный кустарник Туласи, который избавляет от всех грехов

Создан новый способ предсказания смерти человека

Старушка научила кошек воровать

Топ-менеджер НАСА рассказала о сотрудничестве с инопланетянами

Усыновленные дети оказались родственниками

Эпидемии и природные катаклизмы ждут нас в 2019 году

Аномальная зона Молебка скрывает в себе базу инопланетян

Атлантиду нашли на побережье Флориды

Вот уже два века семья москвичей живёт в одной квартире

Вымершего тилацина сняли в Австралии

Гравитация Нибиру разбудит Йеллоустон

Девушка обнаружила в море инопланетное существо

Дольмены из эпохи неолита нашли в Шотландии

Женщина слышит вращение своих глаз и ток крови

Инопланетяне раскрыли секреты Бога

Инсайдер Q-Anon обещает катастрофу в день кровавой луны

Истории пациентов, которые после пересадки переняли привычки доноров

Как появились великие майя

НЛО зафиксирован над Канзасом

Плазмоиды сняли в студии улан-удэнского фотографа

Пойманный жутко матерящийся призрак выставлен на продажу

Полосатая оптическая иллюзия озадачила пользователей

Призрак девочки сняли в окне университета Джонсона

Продается кот-антистресс за 12,5 млн рублей

Рождественские традиции Российской Империи

Сверхбыстрый НЛО попал на камеру в Австралии

Светящееся кольцо заметили над Казанью

Сенатор США заявил, что пилоты боятся сообщать об НЛО

Скоро Земля станет не пригодной для жизни

Сферический НЛО, покидающий Солнце

Технологии научной фантастики, ставшие реальностью

Три сценария контакта человечества с внеземным разумом

Упавший с неба объект пробил дно пруда и высушил его

Финалистку Битвы экстрасенсов Елену Голунову ограбили

Человекоробот XXI века

Экстрасенс Николь Кузнецова рассказала о секретах Битвы экстрасенсов

Авизотль является чудовищным существом из мифов ацтеков

Буки начали загадочным образом вымирать

Вновь заговорили о подделке Туринской плащаницы

Впервые увидели рождение черной дыры

Дождь из пауков прошел в Бразилии

Еще одно знамение Апокалипсиса

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