Ежедневието ни е толкова дигитализирано, че дори технофобите знаят, че компютърът е куп електронни транзистори, които обработват 1 и 0 сигнали, кодирани в програма. Но нов вид компютри може да ни принуди да рестартираме мисленето си: За първи път учените са използвали източника на енергия, използван от живите клетки за захранване на малки протеини, за да решат математически проблем.
Изследването, ръководено от дует баща-син, е стимул за биокомпютрите, който обещава устройства, които се справят със сложни задачи и използват много по-малко енергия от електрическите машини. „Не става въпрос за по-бързи компютри“, казва Дан Николау-младши, водещ автор на новото проучване, спечелил докторска степен по математическа биология в Оксфорд. „Това е въпрос на решаване на проблеми, които компютърът изобщо не може да реши.“
Вземете разбиване на кода, което може да включва пресяване на трилиони комбинации, за да се стигне до едно правилно решение. Може би е изненадващо, че мейнфрейм компютрите не са толкова добри при решаването на подобен проблем, защото са склонни да работят линейно, като правят изчисления в една последователност. Паралелната обработка - опитването на няколко възможни решения едновременно - е по-добър залог.
Откъдето идва новият експеримент. Години наред Дан Николау-старши, ръководител на биоинженерството в Университета Макгил в Монреал, изучава движението на цитоскелетните протеини, които помагат на клетките да дадат своята структура. Около 2002 г. синът му, тогава студент, мисли за това как плъхове в лабиринти и мравки на лов решават проблеми. Може ли протеините, които баща му изследва, също да бъдат приложени за работа с решаването на пъзели?
За да тестват въпроса, първо трябваше да го преведат във форма, на която протеините могат да реагират. Така изследователите избраха математически проблем, начертаха го като графика и след това преобразуваха графиката във вид на микроскопичен лабиринт, който беше издълбан върху един-инчов квартен силикасов чип. „Тогава оставяте тази мрежа да бъде изследвана от агенти - колкото по-бързи, по-малки, толкова по-добри - и да видите къде излизат“, казва Николау-старши. В този случай причинителите са цитоскелетни протеинови нишки от заешки мускул (и някои отраснали в лабораторията) и те „изследвали” различните разтвори на лабиринта, като тълпа, търсеща изходи. Междувременно меандриращите протеини взеха енергия от разпадането на АТФ, освобождаващата енергия молекула, която захранва клетките, и „отговорите“ се появиха от наблюдението къде избягаха протеините, след което отстъпиха стъпките си.
Този експериментален биокомпютър не може да превъзхожда електронна машина и е проектиран да реши само един проблем. Но изследователите смятат, че концепцията може да бъде увеличена някой ден за справяне с предизвикателствата, които в момента озадачават конвенционалните компютри, използвайки „хиляди пъти по-малка мощност за изчисление“, казва Николау-младши. Криптографията, дизайна на наркотици и схемите представляват големи математически предизвикателства, които са просто умоляващи за естествен паралелен процесор. И както казва Николау-младши, „Животът прави нещата по-ефективно.“
Абонирайте се за списание Smithsonian сега само за 12 долара
Тази история е селекция от майския брой на списание Smithsonian
Купува
