Päivittäinen elämämme on digitalisoitu niin paljon, että jopa tekofobit tietävät, että tietokone on joukko elektronisia transistoreita, jotka käsittelevät ohjelmassa koodattuja 1 ja 0 signaalia. Mutta uudenlainen tietojenkäsittely voi pakottaa meidät käynnistämään uudelleen ajattelumme: Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat hyödyntäneet energialähdettä, jota elävät solut käyttävät pienten proteiinien syöttämiseen matematiikan ongelman ratkaisemiseksi.
Isän ja pojan duon johtama tutkimus on vauhtia biolaskennalle, joka lupaa laitteita, jotka hoitavat monimutkaisia tehtäviä ja käyttävät paljon vähemmän energiaa kuin sähkökoneet. "Kyse ei ole nopeampien tietokoneiden valmistamisesta", sanoo uuden tutkimuksen pääkirjailija Dan Nicolau Jr., joka ansaitsi tohtorin tutkinnon matemaattisessa biologiassa Oxfordissa. "Kyse on ongelmien ratkaisemisesta, joita tietokone ei pysty ratkaisemaan ollenkaan."
Ota koodirikko, johon voi sisältyä seulominen triljoonien yhdistelmien läpi yhden oikean ratkaisun saavuttamiseksi. Ehkä yllättäen, keskusyksiköiden tietokoneet eivät ole niin suuria ratkaisemaan tällaista ongelmaa, koska niillä on taipumus toimia lineaarisesti ja tehdä laskelmia yhdessä järjestyksessä kerrallaan. Rinnakkaiskäsittely - useiden mahdollisten ratkaisujen kokeilu samanaikaisesti - on parempi veto.
Mihin uusi kokeilu tulee. Jo vuosia Montrealin McGill-yliopiston bioinsinöörin päällikkö Dan Nicolau Sr. on tutkinut sytoskeletaalisten proteiinien liikettä, jotka auttavat antamaan soluille rakenteen. Noin 2002 hänen poikansa, silloinkin perustutkinto-opiskelija, ajatteli, kuinka rottit sokkeloissa ja metsästykset metsästyksessä ratkaisevat ongelmat. Voisiko hänen isänsä tutkimat proteiinit myös käyttää palapelien ratkaisemiseen?
Kysymyksen testaamiseksi heidän ensin oli käännettävä se muotoon, johon proteiinit voisivat reagoida. Joten tutkijat valitsivat matemaattisen ongelman, piirtivät sen kuvaajana ja muunsivat kuvaajan eräänlaiseksi mikroskooppiseksi labyrintiksi, joka syövytettiin yhden tuuman neliön piidioksidisirulle. "Sitten annat agenttien tutkia tätä verkkoa - mitä nopeampi, pienempi, sitä parempi - ja nähdä, mihin he pääsevät", Nicolau Sr. sanoo. Tässä tapauksessa aineet olivat kanin lihaksen (ja joitakin laboratoriossa kasvatettujen) sytoskeletalisten proteiini-filamenteja, ja ne ”tutkivat” labyrintin erilaisia ratkaisuja, kuten väkijoukko, joka etsii poistumisia. Samaan aikaan mutkittelevat proteiinit ottivat energiaa ATP: n hajoamisesta, energiaa vapauttavasta molekyylistä, joka valtaa soluja, ja “vastaukset” syntyivät tarkkailemalla, mihin proteiinit pakenivat, ja vetäen sitten askeleensa takaisin.
Tämä kokeellinen biotietokone ei voi olla parempi kuin elektroninen kone, ja se on suunniteltu ratkaisemaan vain yksi ongelma. Mutta tutkijoiden mielestä konseptia voidaan skaalata joskus sellaisten haasteiden ratkaisemiseksi, jotka nykyään sekoittavat tavanomaiset tietokoneet, käyttämällä "tuhansia kertoja vähemmän virtaa laskelmaa kohti", sanoo Nicolau Jr. Salaus, lääkesuunnittelu ja piirireitit aiheuttavat kaikki suuria matemaattisia haasteita, jotka ovat vain kerjäämässä luonnolliselle rinnakkaisprosessorille. Ja kuten Nicolau Jr. sanoo: "Elämä tekee asiat tehokkaammin."
Tilaa Smithsonian-lehti nyt vain 12 dollarilla
Tämä tarina on valikoima Smithsonian-lehden toukokuun numerosta
Ostaa
