ЗМІСТ
Введення. 3
1. Біокомп'ютери або живі комп'ютери .. 5
1.1. ДНК-комп'ютери .. 5
1.2. Клітинні комп'ютери .. 7
2. Біокомпьютерние технології майбутнє науки XXI століття. 9
Висновок. 12
Список літератури .. 14
Введення
Застосування в обчислювальній техніці біологічних матеріалів дозволить зі часом зменшити комп'ютери до розмірів живої клітини. Поки це чашка Петрі, наповнена спіралями ДНК, або нейрони, взяті у п'явки і приєднані до електричних проводів. По суті, наші власні клітини - це не що інше, як біомашіни молекулярного розміру, а прикладом біокомп'ютера, звичайно, служить наш мозок.
Іхуд Шапіро з Вейцмановского інституту природничих наук спорудив пластмасову модель біологічного комп'ютера висотою 30 см. Якщо б це пристрій складався зі справжніх біологічних молекул, його розмір був би дорівнює розміру одного з компонентів клітини - 0,000025 мм.
Білл Дітто з Технологічного інституту штату Джорджія провів цікавий експеримент, приєднавши мікродатчиків до декількох нейронам п'явки. Він виявив, що в залежності від вхідного сигналу нейрони утворюють нові взаємозв'язку. Ймовірно, біологічні комп'ютери, що складаються з нейроподібних елементів, на відміну від кремнієвих пристроїв, зможуть шукати потрібні рішення допомогою самопрограмування. Дітто намір використовувати результати своєї роботи для створення мозку роботів.
Багато тисячоліть людство намагається пізнати: як відбулися Земля, людина і всі живі сутності? Були часи, коли на багато з цих питань знаходилися відповіді, але кожному поколінню завжди були ближче питання, які на даному етапі часу були найбільш актуальні. Одиниці осягали істину незвичайними способами - вірою, розумом, інтуїцією, решта мільйони - розумом, досвідом, знаннями, накопиченими в розумі, органами чуття.
Справжні знання, навіть якщо вони з'являлися, залишалися незатребуваними, авторам важко було поширити їх серед мас людей, владні та релігійні структури частіше не сприймали нові ідеї, а відсутність засобів масової інформації не дозволяло знайти ідеям шлях до розуму людей.
З покоління в покоління відсутнє сприйняття нових, дивних знань про світобудову.
У ХIХ і ХХ століттях наука починає займати лідируюче положення в діяльності людини. Створюються системи масової інформації: преса, радіо, телебачення, які долучають народи до результатів науково-технічного прогресу.
Лідери російської науки Д.І.Менделєєв, В.І.Вернадський формують трійкову модель світу, в якому живе людство. Інтуїтивно здогадуючись, обгрунтовують наявність Розуму, який повинен управляти всіма процесами життя на Землі.
З'являється нова термінологія: ноосфера (грец. В«сфера розумуВ»); Вищий Розум, інформаційне поле, біокомп'ютер (живий комп'ютер), Софія (Грец.), Логос (грецьк.), а в Біблії ця керуюча сутність названа Премудрістю (Чудова мудрість).
В даний час, коли кожен новий крок у вдосконаленні напівпровідникових технологій дається з усе більшим працею, вчені шукають альтернативні можливості розвитку обчислювальних систем. Природний інтерес ряду дослідницьких груп (серед них Оксфордський і Техаський університети, Массачусетський технологічний інститут, лабораторії Берклі, Сандія і Рокфеллера) викликали природні способи зберігання і обробки інформації в біологічних системах. Підсумком їх вишукувань з'явився (або, точніше, ще тільки має з'явитися) гібрид інформаційних та молекулярних технологій і біохімії - біокомп'ютер. Йдуть розробки декількох типів біокомп'ютерів, які базуються на різних біологічних процесах. Це, в першу чергу, що знаходяться в стадії розробки ДНК-і клітинні біокомп'ютери.
1. Біокомп'ютери або живі комп'ютери
1.1. ДНК-комп'ютери
Як відомо, в живих клітинах генетична інформація закодована в молекулі ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти). ДНК - це полімер, що складається з субодиниць, званих нуклеотидами. Нуклеотид являє собою комбінацію цукру (дезоксирибози), фосфату і одного з чотирьох входять до складу ДНК азотистих основ: аденіну (А), тиміну (Т), гуаніну (G) і цитозину (C). Молекула ДНК утворює спіраль, що складається з двох ланцюгів, об'єднаних водневими зв'язками. При цьому підстава А одного ланцюга може з'єднуватися водневими зв'язками тільки з підставою Т іншого ланцюга, а підстава G - тільки з підставою С. Тобто, маючи одну з ланцюгів ДНК, завжди можна відновити будову другий. Завдяки цьому фундаментальному властивості ДНК, отримав назву комплементарності, генетична інформація може точно копіюватися і передаватися від материнських клітин до дочірніх. Реплікація молекули ДНК відбувається за рахунок роботи спеціального ферменту ДНК-полімерази. Цей фермент ковзає уздовж ДНК і синтезує на її основі нову молекулу, в якої всі підстави замінені на відповідні парні. Причому фермент починає працювати тільки якщо до ДНК прикріпився коротенький шматочок-затравка (Праймер). У клітинах існує також споріднена молекулі ДНК молекула матричної рибонуклеїнової кислоти (РНК). Вона синтезується спеціальним ферментом, що використовують в якості зразка одну з ланцюгів ДНК, і комплементарна їй. Саме на молекулі РНК в клітині, як на матриці, за допомогою спеціальних ферментів і допоміжних факторів відбувається синтез білків. Молекула РНК хімічно стійкішою, ніж ДНК, тому експериментаторам з нею працювати зручніше. Послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК/РНК визначає генетичний код. Одиницею генетичного коду - кодоном - є послідовність з трьох нуклеотидів.
Учені вирішили спробувати за прикладом природи використовувати молекули ДНК для зберігання та обробки даних в біокомп'ютер.
Першим з них був Леонард Едлмен з Університету Південної Каліфорнії (див.: "Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems. Science, 1994, № 266, р. 1021), що зумів вирішити завдання Гамільтона шляху. Суть її в тому, щоб знайти маршрут руху з заданими точками старту і фінішу між кількома містами (в даному випадку сім'ю), в кожному з яких дозволяється побувати тільки один раз. "Дорожня мережа" являє собою односпрямований граф. Ця завдання вирішується прямим перебором, однак при збільшенні числа міст складність її зростає експоненціально. Кожне місто Едлмен ідентифікував унікальною послідовністю з 20 нуклеотидів. Тоді шлях між будь-якими двома містами буде складатися з другої половини кодує послідовності для точки старту і першої половини кодує послідовності для точки фінішу (Молекула ДНК, як і вектор, має напрямок). Синтезувати такі послідовності сучасна молекулярна апаратура дозволяє дуже швидко. У підсумку послідовність ДНК з рішенням складе 140 нуклеотидів (7x20).
Залишається тільки синтезувати і виділити таку молекулу ДНК. Для цього в пробірку поміщається близько 100 трильйонів молекул ДНК, що містять всі можливі 20-нуклеотидні послідовності, що кодують міста та шляхи між ними. Далі за рахунок взаємного тяжіння нуклеотидів А-Т і GC окремі ланцюжки ДНК зчіплюються один з одним випадковим чином, а спеціальний фермент лігаза зшиває утворюються короткі молекули в більші утворення. При цьому синтезуються молекули ДНК, які відтворюють всі можливі маршрути між містами. Потрібно лише виділити з них ті, що відповідають шуканого рішенням.
Едлмен вирішив цю задачу біохімічними методами, послідовно видаливши спочатку ланцюжки, які не починалися з першого міста - точки старту - і не закінчувалися місцем фінішу, потім ті, що містили понад семи міст або не містили хоча б один. Легко зрозуміти, що будь-яка з решти після такого відбору молекула ДНК являє собою рішення задачі. (Докладніше див: Боркус В. "ДНК - основа обчислювальних машин ". PC Week/RE, № 29-30/99, с. 29).
Слідом за роботою Едлмена пішли інші. Ллойд Сміт з Університету Вісконсін вирішив за допомогою ДНК завдання доставки чотирьох сорті...
