Добавь свою новость бесплатно - здесь




Добавь свою новость бесплатно - здесь

Добавить свою новость можно бесплатно сейчас - здесь

ДНК-компьютеры будущего

К 2020 году объем данных, созданных и сохраненных человечеством, достигнет 40 000 эксабайт. Для хранения этой информации было бы достаточно менее 100 г ДНК.

Согласно прогнозу агентства IDC, к 2020 году объем данных, созданных и сохраненных человечеством, достигнет 40 000 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.БиоавтоматИнтересно, 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 LEGOЧтобы 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.В компьютере Адлемана каждый кубик представлял собой фрагмент ДНК с 20 азотистыми основаниями. Такие короткие отрезки ДНК называются олигонуклеотидами и кодируются с помощью олигонуклеотидного синтеза. Этот процесс давно отработан и поставлен на поток. Существуют даже коммерческие фирмы, которые за считаные часы могут синтезировать и прислать олигонуклеотиды с нужными кодами. А »20-битных» кубиков вполне достаточно для обозначения семи вершин графа.Отдельный комплект олигонуклеотидов представляет ребра графа. Код ребра составляется из половинок кодов вершин, которые он соединяет, в «зеркальном» отображении. К примеру, для вершин ААСС и TTGG нужно сделать «перемычку» CCTT и «перевернуть» ее в GGAA. Тогда, встретившись в растворе, эти три олигонуклеотида соединятся в единый «отрезок пути», образовав двойную спираль.ТехнологииЕсли смешать в пробирке миллиарды 20-буквенных «вершин» и миллиарды 20-буквенных «ребер», они соединятся в более длинные молекулы самыми разными способами. С большой вероятностью в пробирке будут одновременно находиться ДНК, кодирующие все возможные варианты пути через граф. Смешивать олигонуклеотиды нужно при определенных условиях, с добавлением лигазы — фермента, склеивающего разрывы в спиралях ДНК.На следующем этапе необходимо отыскать цепочки, проходящие через заданные начальную и конечную точки. В этом поможет широко используемый в микробиологии и медицине метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). В раствор, содержащий исходные молекулы, добавляются необходимые строительные материалы для ДНК (дезоксирибоза, фосфаты, азотистые основания), полимераза, а также молекулы «зацепок». «Зацепками» в нашем случае служат отрезки, кодирующие начальную и конечную вершины.Раствор попеременно нагревается и охлаждается. При нагревании исходные ДНК распадаются на две спирали, а при охлаждении нужные нам спирали сначала рекомбинируют с «зацепками», а затем достраиваются полимеразой до своих точных копий. В результате нужных ДНК становится так много, что ненужными можно смело пренебречь.На третьем этапе необходимо выделить лишь те молекулы, длина которых составляет ровно 140 оснований (семь раз по 20). Для этого применяется гель-электрофорез. ДНК помещаются в гелеобразный раствор и подвергаются воздействию электричества. Молекулы разной длины движутся в электрическом поле с разной скоростью и выстраиваются «по росту». Под микроскопом их можно различить даже визуально.Четвертый этап позволяет выделить цепочки, содержащие все вершины. К отрезку ДНК, кодирующему определенную вершину, можно прикрепить крохотный кусочек металла. Этот отрезок легко соединится с молекулой, содержащей соответствующую вершину. С помощью магнита все такие молекулы можно отделить от остальных. Данную операцию повторяют для каждой вершины.На пятом этапе достаточно применить метод ПЦР к тому, что осталось в пробирке, и отправить результат на секвенирование — процесс расшифровки ДНК, получивший широкое распространение в современной микробиологии. Если при секвенировании искомого пути не обнаружилось, значит, задача не имеет решения. К этому выводу и пришел Леонард Адлеман. Ведь задача о Кенигсбергских мостах не имеет решения, что доказал почти три века назад Леонард Эйлер.И все-таки он танцует!Ряд исследователей продолжили изыскания Адлемана, в частности, предложив кодировать веса ребер с помощью многократного повторения 20-значного кода. Таким образом, ребра с весом «пять» в пять раз длиннее ребер с весом «один», но при этом соединяются с теми же самыми вершинами.Используя данный метод, можно найти кратчайший путь по графу с заданным количеством вершин. Необходимо сначала отобрать цепочки, проходящие через все вершины, с помощью магнитной сортировки, а затем применить гель-электрофорез, чтобы найти кратчайший путь.В 1994 году Адлеман потратил на все описанные операции семь рабочих дней, в то время как самый обычный компьютер решил бы задачу перебором за считаные секунды. Сам ученый прокомментировал сей факт следующим образом: «Чудо не в том, что медведь танцует хорошо, а в том, что он вообще танцует». Адлеман доказал, что ДНК вполне способны на параллельные вычисления, и вопрос лишь в том, как сделать молекулярные вычисления удобными и технологичными.В конце концов, если число вершин (городов, единиц груза, множителей шифра) увеличить хотя бы до пятидесяти, то кремниевый процессор спасует, тогда как ДНК-компьютер, возможно, только расправит плечи и вдохнет полной грудью.

Загрузка...

Таблоид новостей DirectAdvert - доход для вашего сайта

На 123ru.net все авторские, только что опубликованные новости доступны в разделе "Пользователи сайта", а также в городе, в котором данная новость опубликована. Кроме того, наиболее интересные и популярные на сегодня новости (рейтинг определяется по времени публикации и количеству посетителей, которые просмотрели публикацию на данный момент) бесплатно транслируются в автоматическом режиме на страницах партнёрского таблоида (только для новостей с изображениями, прикреплёнными к новости и имеющих достаточное для публикации разрешение и размер). Для трансляции в таблоиде, при публикации не забудьте выбрать раздел новости, в котором Ваша новость и будет впоследствии отображаться. 123 Новости (раз, два, три) - мгновенная публикация новостей из первых уст с ежеминутным обновлением. Первые новости - в первых строках!

Мы отбираем самое интересное, самое актуальное и востребованное именно сейчас, именно в том городе и регионе, где это происходит. Каждый пользователь сайта в любой момент может опубликовать свою новость в автоматическом режиме без модерации с нашей стороны, соблюдая лишь элементарные правила корректности в высказываниях и общепринятые нормы морали. Стать нашим корреспондентом в любом городе можно прямо сейчас.

Мы не берём денег не только за публикации Ваших новостей, сообщений и объявлений, но и рекламу Ваших публикаций на страницах наших таблоидов на всех языках мира. На сегодня наши услуги совершенно бесплатны для всех без исключения пользователей сайта.

Всё, что пишут о , в , для Вашего города и для всех тех, кому это просто интересно, — в наших лентах новостей от первого лица, без какой бы то ни было цензуры, без приоритетов редакторов, без зависимости от политической конъюнктуры, настроений, течений и обстоятельств. Наш читатель вправе знать всю правду и, поэтому: наш читатель - всегда прав!


На 123ru.net все новости (в том числе и ваши) доступны в переводе на практически любой из популярных языков мира. Для перевода достаточно выбрать из списка языков, размещённого в шапке сайта, интересующий Вас. Перевод выбранной страницы мы осуществим мгновенно в автоматическом режиме и с индексацией через поисковые системы. Читайте новости на языках мира у нас в режиме онлайн. 123ru.net — Ваш мир без границ и языковых барьеров! А с недавнего времени мы добавили и новости по разделам, категориям, интересам и блогам, что позволяет получить пользователю сервиса не только оперативную, но и альтернативную информацию по интересующей теме со всего мира, от совершенно разных независимых популярных и не очень источников на одной странице. Сервис также позволяет просмотреть всю ленту новостей по каждому источнику информации отдельно в формате календаря за любую выбранную дату и период.

Товары и услуги от рекламодателей

(что и где купить сегодня в регионе)


Недавно просматривали в рекламных предложениях:

123ru.net — поисковый источник актуальной информации не только о повседневной жизни Вашего города и городов Вашего региона, новостях, событиях и происшествиях, но и партнёрская интернет-витрина актуальных товарных предложений с доставкой в Вашем городе. Ежедневно на нашем сайте появляется, обновляется и дополняется самая свежая информация о товарах и услугах, акциях и скидках на самые разные темы от недвижимости и автомобилей до различных ежедневных услуг, мобильных приложений и самых свежих предложений местных интернет-магазинов и предприятий фактически по всем городам и регионам России, Украины, Белоруссии и Абхазии. Всегда — живая информация, всегда — актуальные цены. 123ru.net — только свежие интернет-предложения в регионах (ежеминутное обновление в режиме онлайн). Кто не успел — тот опоздал, кто опоздал — тот отстал! Будь в курсе нового — цени время! Промедлишь ты, другой успеет! 123ru.net — новый формат подачи информации, новый формат нового времени! В каждом слове — значение, в каждом баннере — смысл! Вся интернет-витрина — здесь.




m.123ru.net — Ваши новости у Вас в кармане. Безграничные возможности публикации частных материалов и общественно-значимой информации в реальном времени с прямыми ссылками на Ваши источники. Совершенно бесплатно, с мобильного телефона или планшета, оперативно, просто, с точной географической привязкой к происходящим событиям, происшествиям и объявлениям. В любой момент, ежеминутно мы предоставляем Вам возможность публикации актуальной информации (заметки, статьи, репортажи с комментариями, фото и видео, частные объявления и т.д.) по любому из городов России, Украины, Белоруссии и Абхазии — совершенно бесплатно.

А теперь Вам доступны новости и на других языках всех континентов.


Калейдоскоп обсуждаемых сегодня новостей



Последние новости на сегодня по Вашему городу, частные объявления, самые полные ленты новостей от наших постоянных авторов в мобильном формате, календарный архив событий в России, Украине и мире, популярные разделы: Происшествия, Спорт, Авто, Гламур, Блоги и другие с прямыми переходами на первоисточники - просто, доступно, удобно уже сегодня и сейчас на платформе 123ru.net. Ни один ваш отзыв, комментарий не останется незамеченным. Мы восприимчивы к любым критическим замечаниям и предложениям с вашей стороны 24 часа в сутки и все 7 дней в неделю без выходных и перерывов на обед. Мобильный вариант проекта — здесь.





Акции, скидки, распродажи, жёлтые новости (16+)




Новости последнего часа

Топ-10 новостей за сегодня на этот час:

123ru.net — быстрее, чем Я..., самые свежие и актуальные новости Вашего города — каждый день, каждый час с ежеминутным обновлением! Мгновенная публикация на языке оригинала, без модерации и без купюр в разделе Пользователи сайта 123ru.net.

Как добавить свои новости в наши трансляции? Очень просто. Достаточно отправить заявку на наш электронный адрес mail@29ru.net с указанием адреса Вашей ленты новостей в формате RSS или подать заявку на включение Вашего сайта в наш каталог через форму. После модерации заявки в течении 24 часов Ваша лента новостей начнёт транслироваться в разделе Вашего города. Все новости в нашей ленте новостей отсортированы поминутно по времени публикации, которое указано напротив каждой новости справа также как и прямая ссылка на источник информации. Если у Вас есть интересные фото Вашего города или других населённых пунктов Вашего региона мы также готовы опубликовать их в разделе Вашего города в нашем каталоге региональных сайтов, который на сегодняшний день является самым большим региональным ресурсом, охватывающим все города не только России и Украины, но ещё и Белоруссии и Абхазии. Прислать фото можно здесь. Оперативно разместить свою новость в можно самостоятельно через форму.


Другие популярные новости дня сегодня

Топ-10 анонсов новостей от партнёров:

 

Жёлтые страницы (происшествия, скандалы, юмор и курьёзы):




123ru.net — ежедневник главных новостей Вашего города и Вашего региона. 123ru.net - новости в деталях, свежий, незамыленный образ событий дня, аналитика минувших событий, прогнозы на будущее и непредвзятый взгляд на настоящее, как всегда, оперативно, честно, без купюр и цензуры каждый час, семь дней в неделю, 24 часа в сутки. Ещё больше местных городских новостей Вашего города — на портале News-Life.ru. Полная лента региональных новостей на этот час — здесь. Самые свежие и популярные публикации событий в России и в мире сегодня - в ТОП-100. С 2017 года проект 123ru.net стал мультиязычным и расширил свою аудиторию в мировом пространстве. Теперь нас читает не только русскоязычная аудитория и жители бывшего СССР, но и весь современный мир. 123ru.net - мир новостей без границ и цензуры в режиме реального времени. Каждую минуту - 123 самые горячие новости из городов и регионов. С нами Вы никогда не пропустите главное. Берегите и цените время. Оно - не повторится!