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        解密DNA計(jì)算機(jī)

        2018-08-27 09:37:30郁仁佳
        學(xué)與玩 2018年3期
        關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)物理功能

        郁仁佳

        DNA是生物體內(nèi)引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作的遺傳物質(zhì)。計(jì)算機(jī)是可以進(jìn)行計(jì)算,具有存儲記憶功能,能夠按照程序運(yùn)行的現(xiàn)代智能電子設(shè)備。二者似乎沒有什么直接關(guān)系,那DNA計(jì)算機(jī)又是什么呢?

        DNA計(jì)算機(jī)是什么

        不論是做數(shù)學(xué)題時(shí)常用的計(jì)算器,還是能處理海量數(shù)據(jù)的超級計(jì)算機(jī),它們的功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面:一是信息存貯功能,二是信息處理功能,三是信息輸出接入功能,簡單地說就是能記、能算、能表達(dá)。目前我們使用的普通計(jì)算機(jī)一般是使用物理元件通過電路的開和關(guān)來實(shí)現(xiàn)信息的存貯、處理、輸出功能,所以通常被稱為電子計(jì)算機(jī)。如果用DNA這種具有生命活性的物質(zhì)來替代電子元件的功能,實(shí)現(xiàn)生命信息密碼的存貯、復(fù)制、輸出功能,那么這臺計(jì)算機(jī)就叫做DNA計(jì)算機(jī)。

        DNA計(jì)算機(jī)怎么造

        科學(xué)家曾經(jīng)把一些DNA片段放進(jìn)化學(xué)溶液里,然后通過向溶液里輸入蛋白質(zhì)或其他化學(xué)物質(zhì),利用化學(xué)變化的結(jié)果達(dá)到信息貯存、處理、輸出的目的。電子計(jì)算機(jī)通過物理電路的通斷實(shí)現(xiàn)信息加工功能,而DNA計(jì)算機(jī)則用化學(xué)變化的結(jié)果實(shí)現(xiàn)這些功能。那么電子計(jì)算機(jī)也可稱為物理材質(zhì)計(jì)算機(jī),DNA計(jì)算機(jī)則是化學(xué)材質(zhì)計(jì)算機(jī)。不過科研人員發(fā)現(xiàn),將DNA溶解在化學(xué)溶液中進(jìn)行信息處理有一個弊端,即DNA在溶液里不穩(wěn)定,愛四處游走,容易“誤撞”,進(jìn)而產(chǎn)生意外的不可控的化學(xué)反應(yīng),從而影響DNA計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率和精度。

        這個問題很快解決了,科學(xué)家運(yùn)用類似折紙的辦法,先把DNA片段排列在一平面內(nèi),再經(jīng)過多重的復(fù)雜折疊,它們就立體有序地集成化地被固定在空間內(nèi),形成類似于電路板形態(tài)的DNA排列板,即“DNA化學(xué)反應(yīng)次序板”。折疊的方式越復(fù)雜,次序板的集成程度就會越高,計(jì)算機(jī)的體積就會越小,計(jì)算容量則會越大。

        DNA計(jì)算機(jī)有何用

        也許同學(xué)們有疑問,電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行能力已經(jīng)很強(qiáng)大了,為什么要劍走偏鋒,去開發(fā)讓人難以理解其算法的DNA計(jì)算機(jī)呢?這是因?yàn)殡娮佑?jì)算機(jī)無論多強(qiáng)大,總是有個無法實(shí)現(xiàn)的難關(guān):電子計(jì)算機(jī)是物理性的,無法與人體細(xì)胞功能兼容相通,也就是它無法完美地接入人體,不能與人體細(xì)胞進(jìn)行信息互換。

        DNA計(jì)算機(jī)與人體的融接價(jià)值非常大,可以直接讀取人體細(xì)胞信息,從而獲得個體基因的缺陷、異變、突變現(xiàn)象。然后通過基因信息分析,預(yù)測個體將要發(fā)生個什么疾病,已經(jīng)產(chǎn)生了什么樣的隱疾,出現(xiàn)了疾病之后應(yīng)該如何治療等。載入人體的DNA計(jì)算機(jī)不但可以讀取人體錯誤變異的基因信息,還可以通過信息輸出直接干預(yù)錯誤變異信息的修正修補(bǔ),通過這種基因信息的讀取或干預(yù),DNA計(jì)算機(jī)將可以讓一位因基因缺陷而致失明的患者重見光明。

        未來,通過人體基因信息的讀取和干預(yù)功能,DNA計(jì)算機(jī)這位“超級醫(yī)生”能幫我們打敗很多目前難以治愈的疾病。擁有了普通電子計(jì)算機(jī),人類實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)征宇宙的偉大夢想;而依靠DNA計(jì)算機(jī)的活性功能,人類將實(shí)現(xiàn)把控自身健康的超級夢想。

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