https://frosthead.com

Mogu li proteini iz živih stanica riješiti probleme koji vex superračunala?

Naš je svakodnevni život tako digitaliziran da čak i tehnonobi znaju da je računalo hrpa elektroničkih tranzistora koji obrađuju 1 i 0 signala kodiranih u programu. Ali nova vrsta računanja može nas natjerati da ponovno pokrenemo svoje mišljenje: Prvi put su znanstvenici iskoristili izvor energije koji žive stanice koriste za napajanje sićušnih proteina da bi riješili matematički problem.

Istraživanje, koje je vodio dvojac otac-sin, poticaj je biokompjutera, koji obećava uređaje koji se bave složenim zadacima i troše mnogo manje energije nego električni strojevi. "Nije pitanje stvaranja bržih računala", kaže Dan Nicolau Jr., vodeći autor nove studije, koji je doktorirao iz matematičke biologije na Oxfordu. "To je pitanje rješavanja problema koje računalo uopće ne može riješiti."

Uzmite probijanje koda, što može uključivati ​​prosijavanje kroz trilijune kombinacija kako biste postigli jedno ispravno rješenje. Možda je iznenađujuće da računala sa mainframeom nisu tako sjajna u rješavanju takvog problema, jer obično rade linearno, izrađujući račune u jednom nizu. Paralelna obrada - isprobavanje više mogućih rješenja istovremeno - bolji je ulog.

Otuda dolazi novi eksperiment. Godinama, Dan Nicolau Sr., šef bioinžinjeringa na Sveučilištu McGill u Montrealu, proučavao je kretanje citoskeletnih proteina koji pomažu da stanice dobiju strukturu. Oko 2002. njegov je sin, tada preddiplomski, razmišljao o tome kako štakori u labirintima i mravi na lovu rješavaju probleme. Mogu li se proteini koje je istraživao njegov otac staviti i u rješavanje zagonetki?

Da bi testirali pitanje, prvo su ga morali prevesti u oblik na koji bi proteini mogli reagirati. Dakle, istraživači su odabrali matematički problem, nacrtali ga kao graf, a zatim graf pretvorili u neku vrstu mikroskopskog labirinta, koji je urezan u četverokutni silikažni čip. "Onda pustite da agenti istražuju ovu mrežu - što je brže, manje, to bolje i da vidite gdje oni izlaze", kaže Nicolau Sr. U ovom su slučaju agensi bili proteini citoskeleta iz zečjeg mišića (a neki su uzgajali u laboratoriju), a oni su „istraživali“ različita rješenja labirinta, poput gomile koja traži izlaze. U međuvremenu, vijugavi proteini skupljali su energiju nakon raspada ATP-a, molekule koja oslobađa energiju koja pokreće stanice, a „odgovori“ su se pojavili gledajući gdje bjelančevi bježe, a zatim povlačeći njihove korake.

Ovo eksperimentalno bioračunalo ne može nadmašiti elektronički stroj, a osmišljeno je da riješi samo jedan problem. No, istraživači smatraju kako se koncept jednog dana može smanjiti za rješavanje izazova koji trenutno zbunjuju konvencionalna računala, koristeći "tisuće puta manje energije po proračunu", kaže Nicolau mlađi. Kriptografija, dizajn lijekova i strujni krugovi predstavljaju velike matematičke izazove koji su tek početni za prirodni paralelni procesor. I kako kaže Nicolau Jr., "Život čini stvari efikasnije."

Preview thumbnail for video 'Subscribe to Smithsonian magazine now for just $12

Pretplatite se na časopis Smithsonian već sada za samo 12 dolara

Ova priča izbor je iz majskog broja časopisa Smithsonian

Kupiti
Mogu li proteini iz živih stanica riješiti probleme koji vex superračunala?