Живая теория
Биокомпымер
-
реальность
и
фантастика
%
Биопамять
О
дних датчиков для работы биокомпь-
ютера мало, ему нужна еще и па-
мять. Было обнаружено, что обезво-
женный родопсин может быть зафик-
сирован на определенной стадии фото-
химического цикла, благодаря чему сохра-
няется записанное на нем изображение.
А это означает, что его можно использо-
вать как своеобразный фотоматериал с
высокой разрешающей способностью. До-
бавьте к нему лазерную технику, позво-
ляющую быстро записывать и стирать оп-
тическую информацию, — и запоминаю-
щее устройство для компьютера готово.
Ученые также пытаются использовать
молекулы Д Н К для хранения и обработки
данных в биокомпьютерах. (ДНК — это по-
лимер, состоящий из субъединиц, назы-
ваемых нуклеотидами. Нуклеотид пред-
ставляет собой комбинацию сахара (де-
зоксирибозы), фосфата и одного из четы-
рех входящих в состав Д Н К азотистых ос-
нований: аденина (А), тимина
(Т),
гуани-
на (G) и цитозина (С). Молекула ДНК об-
разует спираль, состоящую из двух цепей,
объединенных водородными связями. При
этом основание А одной цепи может со-
единяться водородными связями только с
основанием Т другой цепи, а основа-
ние G — только с основанием С. То есть,
имея одну из цепей ДНК, всегда можно
восстановить строение второй. Благода-
ря этому фундаментальному свойству ДНК,
получившему название
комплиментарно-
сти,
генетическая информация может точ-
но копироваться и передаваться от мате-
ринских клеток к дочерним. —
Прим, авт.)
Уже известно, как, используя ДНК, коди-
ровать двоичные числа и решать логиче-
ские выражения.
Трудный йнвчип
Ну а как быть с процессором
(рис.
1)?
Трудностей здесь еще предостаточно,
причем не только технологических, но и
теоретических, принципиальных. Дело в
том, что скорость распро-
странения нервного им-
пульса по органическому
волокну-аксону составля-
ет около 20 м /с. (
А к со н
(от греч.
axon —
«ось»),
или нейрит, осевой ци-
линдр, — отросток нерв-
ной клетки (нейрона), про-
водящий нервные импуль-
сы от тела клетки к орта-
И Рис.1
нам или другим нервным клеткам. Пуч-
ки
аксонов
о б разую т
нервы.
Прим . авт.).
Длительность импульса воз-
буждения — около 3 мс, причем за им-
пульсом тянется реф ракторный хвост
длительностью еще около 6 мс. Таким,
образом, быстродействие вычислитель-
ного устройства на основе биологиче-
ских систем составляет не более 100 опе-
раций в секунду (100 Гц). Это, безуслов-
но, мало — сегодня нормой считается
Г
Е в г е н и й Ф И Д Е Л И Н
О кон ча ни е, н а ч а ло см в М К , № 3 9 (314)
производительность в 3 x1 0? операций
в секунду (Intel Pentium 4 3 ГГц). (На са-
мом деле это всего лишь частота, а за
один такт современный процессор мо-
жет выполнить несколько элементарных
вычислительных операций. —
Прим, ред.)
Так стоит ли тогда огород городить, за-
ниматься биоструктурами с целью соз-
дания вычислительных устройств?
Оказывается, стоит. Дело в том, что
быстродействие компьютера важно не
само по себе. Более быстродействую-
щие компьютеры, как правило, оказы-
ваются и более «сообразительными»,
обладают большими возможностями. Но
соображать-то ведь можно по-разному.
Скажем, играя в шахматы, можно меха-
нически перебирать вариант за вари-
антом в поисках лучшего хода, а мож-
но, в целом оценив ситуацию, сразу от-
сечь множество непригодных вариантов
и сосредоточить свое внимание на од-
ном-двух наилучших. Люди при игре в
шахматы пользуются имен-
но этим способом, в отли-
чие от компьютеров, кото-
рые зачастую вынуждены (за
неимением лучших алгорит-
мов) заниматься последова-
тельным перебором. Пото-
му-то люди нередко и выиг-
рывают у компьютеров, не-
взирая на головокружитель-
Рис.2
ное быстродействие последних!
Как нам это удается? Как люди дума-
ют? Долгое время ответы на эти вопро-
сы были покрыты густым туманом неиз-
вестности. Но в последнее время, бла-
годаря совместным исследованиям меди-
ков, биофизиков и математиков, кое-что
начинает проясняться. Че-
ловеку свойственно о б -
разное мышление. Гово-
ря очень упрощенно, лю-
ди вместо того, чтобы за-
ниматься кропотливыми
расчетами, предпочитают
создать образ, модель то-
го или иного явления и по
поведению этой модели
прогнозировать результат.
Аналоговые принципы нашего мыш-
ления и предлагают использовать уче-
ные для создания биокомпьютеров. При-
чем, эти принципы могут быть смодели-
рованы устройствами, работающими на
активных биоп лен ках
— пленках, исполь-
зующих специальные химические реак-
ции, например автоволновые.
Впервые подобные реакции были от-
крыты еще в 1956 году
Б. Белоусовым.
А в 1970 году была создана такая хими-
ческая среда, в которой автоволновой
процесс можно было наблюдать воочию:
тонкий слой раствора периодически ме-
нял свою окраску, словно живой. Из жел-
того становился красным, потом снова
желтел.
.. П о поверхности жидкости про-
бегали цветные, незатухающие волны —
автоволновой химический процесс.
Автоволновые колебания сопровож-
дают нас повсюду. Это и процесс сокра-
щения сердечной мышцы, и начальные
этапы возникновения новых форм и струк-
тур у простейших организмов. А коль де-
ла обстоят так, значит, при помощи хи-
мических автоволновых процессоров лег-
ко такие процессы и моделировать.
Причем, такая модель не обязатель-
но должна помещаться в пробирке или
чашке Петри. Подобные процессы, как
показали последние исследования, про-
исходят и в молекулах белка. Таким об-
разом,
молекула
разм ером
всего
3 0 -5 0 ангстрем (1 0 -10 м) уже представ-
ляет собой элемент актив-
ной среды и может стать
частицей биокомпьютера
(рис. 2).
А это, в свою оче-
редь, создает принципи-
альную возможность по-
лучения аналоговых био-
компьютеров величиной
с... клетку! Причем, как по-
казывают расчеты, если
автоволна движется со скоростью всего
0.1 мм/с, это уже соответствует быстро-
действию
циф рового
компьютера
106 операций в секунду (1 МГц). А если
еще учесть, что кусочек пленки площа-
дью всего 1 кв. см может содержать свы-
ше 1012 активных элементов, при попыт-
ке представить возможности такого био-
компьютера просто голова идет кругом!
Каждый сможет обзавестись персональ-
ным вычислительным центром, который,
скорее всего, станут вживлять прямо под
кожу. Так надежнее — и не затеряется в
кармане, и всегда будет обеспечен всем
необходимым для работы за счет энер-
гетики организма. Представляете, на-
сколько могут возрасти интеллектуаль-
ные возможности каждого?!
Быстро, как говорят, только сказки
сказываются. Дела же движутся намно-
го медленнее, а в нашем случае могут
и вообщ е застопориться, если мы не
придумаем технологию, соответствую-
щую возможности нашего клеточного
биокомпьютера.
Действительно, трудно себе предста-
вить, что подобные чудо-устройства будут
собираться вручную, при помощи микро-
скопа да набора стеклянных иголок, мик-
№ 40/315 04 октября-11 октября 2004
предыдущая страница 22 Мой Компьютер 2004 40 читать онлайн следующая страница 24 Мой Компьютер 2004 40 читать онлайн Домой Выключить/включить текст