Vores daglige liv er så digitaliseret, at selv technophobes ved, at en computer er en flok elektroniske transistorer, der behandler 1 og 0 signaler, der er kodet i et program. Men en ny slags computing kan tvinge os til at genstarte vores tanker: For første gang har forskere trykket på energikilden, der bruges af levende celler, til at tvinge små proteiner til at løse et matematikproblem.
Forskningen, ledet af en far-søn-duo, er et løft for biocomputing, der lover enheder, der tackle komplekse opgaver og bruger meget mindre energi end elektriske maskiner. ”Det er ikke et spørgsmål om at lave hurtigere computere, ” siger Dan Nicolau Jr., hovedforfatter af den nye undersøgelse, der fik en ph.d. i matematisk biologi i Oxford. ”Det er et spørgsmål om at løse problemer, som en computer overhovedet ikke kan løse.”
Tag kodebrydning, som kan involvere sigte gennem billioner af kombinationer for at nå en korrekt løsning. Måske overraskende er mainframe-computere ikke så gode til at løse et problem som det, fordi de har en tendens til at arbejde lineært og foretage beregninger i en række ad gangen. Parallel behandling - at prøve flere mulige løsninger samtidig - er en bedre indsats.
Det er her det nye eksperiment kommer. I årevis har Dan Nicolau Sr., leder af bioingeniørarbejde ved McGill University i Montreal, studeret bevægelsen af cytoskeletale proteiner, som hjælper med at give cellerne deres struktur. Omkring 2002 tænkte hans søn, dengang en studerende, på, hvordan rotter i labyrinter og myrer på jagt løser problemer. Kunne de proteiner, som hans far undersøgte, også bruges til at løse gåder?
For at teste spørgsmålet måtte de først oversætte det til en form, som proteinerne kunne reagere på. Så forskerne valgte et matematisk problem, plottede det som en graf og konverterede derefter grafen til en slags mikroskopisk labyrint, der blev ætset på en en tomme kvadratisk silica-chip. ”Så lader du det netværk blive udforsket af agenter - jo hurtigere, mindre, jo bedre - og se, hvor de kommer ud, ” siger Nicolau Sr. I dette tilfælde var agenterne cytoskeletale proteinfilamenter fra kaninmuskel (og nogle dyrket i laboratoriet), og de "udforskede" de forskellige løsninger i labyrinten, som en skare på udkig efter udgange. I mellemtiden opsamlede de bølgende proteiner energi fra nedbrydningen af ATP, det energifrigivende molekyle, der driver celler, og "svarene" dukkede op fra at se, hvor proteinerne slap ud og derefter gå tilbage til deres trin.
Denne eksperimentelle biocomputer kan ikke overgå en elektronisk maskine, og den er designet til at løse kun et problem. Men forskere mener, at konceptet kan opskaleres en dag for at tackle udfordringer, der i øjeblikket befinder konventionelle computere, ved at bruge "tusinder af gange mindre strøm pr. Beregning, " siger Nicolau Jr. til en naturlig parallel processor. Og som Nicolau Jr. siger: ”Livet gør tingene mere effektivt.”
Abonner på Smithsonian magasin nu for kun $ 12
Denne historie er et udvalg fra maj-udgaven af Smithsonian-magasinet
Købe
