DNA计算机

 DNA，构成生命的基石，将成为下一代功能惊人的计算机的基础，这样的念头似乎有点荒诞。但是，越来越多的研究人员开始支持这样的想法，并坚信这项研究终将给人类的生活带来质的变化。 
　　概括地讲，DNA计算机是一种生物形式的计算机。它是利用 （脱氧核糖核酸）建立的一种完整的信息技术形式，以编码的DNA序列（通常意义上的计算机内存）为运算对象，通过分子生物学的运算操作以解决复杂的数学难题。由于起初的DNA计算要将DNA溶于试管中实现，这种计算机由一堆装着有机液体的试管组成，因此有人称之为"试管电脑"。 
　　与传统的电子计算机相比，DNA计算机有着很多优点：①体积小。其体积之小，可同时容纳1万亿个此类计算机于一支试管中。②存贮量大。1立方米的DNA溶液，可以存贮1万亿亿的二进制数据。1立方厘米空间的DNA可存贮的资料量超过1兆片CD容量。③运算快。其运算速度可以达到每秒10亿次，十几个小时的DNA计算，相当于所有电脑问世以来的总运算量。④耗能低。DNA计算机的能耗非常低，仅相当于普通电脑的10亿分之一。如果放置在活体细胞内，能耗还会更低。⑤并行性。普通电脑采用的都是以顺序执行指令的方式运算，由于DNA独特的数据结构，数以亿计的DNA计算机可以同时从不同角度处理一个问题，工作一次可以进行10亿次运算，即采用并行的方式工作，大大提高了效率。 
　　 
　　DNA计算机的基本原理 
　　 
　　机器计算的历史可以追溯到1641年，法国数学家帕斯卡尔成功地制造了一台齿轮传动的八位加法计算机。这使人类的计算方式、计算技术进入了一个新的阶段。后经过人们数百年的艰辛努力，终于在1945年成功地研制出了世界上第一台电子计算机。从此，人类进入了一个全新的计算技术时代。从最早的帕斯卡尔齿轮机到今天最先进的电子计算机，其计算方式都是一种物理性质的符号变换，具体是由"加"和"减"这种基本动作构成的。然而，目前的DNA计算则有了本质性的变化。计算不再是一种物理性质的符号变换，而是一种化学性质的符号变换，即不再是物理性质的"加"、"减"操作，而是化学性质的切割和粘贴、插入和删除。这种计算方式的变革是前所未有的，具有划时代的意义。我们知道，DNA分子是一条双螺旋的长链，上面布满了"珍珠"，即核甘酸，其上拥有：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。DNA分子通过这些核甘酸的不同排列，能够表达出生物体各种细胞拥有的大量信息。数学家、生物学家、化学家以及计算机专家从中得到启迪。他们利用DNA能够编码信息的特点，先合成具有特定序列的DNA分子，使它们代表要求解的问题，然后通过生物酶的作用（相当于加减乘除运算），使它们相互反应，形成各种组合，最后过滤掉非正确的组合而得到的编码分子序列就是正确答案。 
　　 
　　DNA计算机的发展 
　　 
　　1994年，艾得尔曼教授用一支试管解答了著名的货郎担问题：一个推销员要去7个城市推销产品，走遍这7个城市有许多种方案可以选择，哪一种是最短路线呢？艾得尔曼教授将一些特殊的DNA链装入试管，DNA链根据碱基互补的原则算出了答案。这个实验花了整整七天的时间。艾得尔曼教授的实验震惊了世界。人们看到了DNA计算的诱人前景。虽然目前DNA计算处于劣势，但在上述问题中，如果增加城市的数目至16个，电子计算机就要算一年，如果有18个城市，电子计算机就要算300年。它的计算量是呈指数性增加的。而DNA计算只呈线性增加，在十几天内就可以算出答案。2001年，以色列科学家成功研制成世界第一台DNA计算机，它的输出、输入和软硬件全部由在活性有机体中贮存和处理编码信息的DNA分子组成。该计算机不过一滴水大小，比较原始，也没有任何相关应用产生，但这是未来DNA计算机的雏形。2002年，DNA计算机的研究则更进一步，日本奥林巴斯公司宣布，开发出了全球第一台能够真正投入商业应用的DNA计算机。DNA计算机已经成为当前世界许多国家科研人员研究的热点之一，而且取得了突破性进展――只是它主要还处在理论研究和应用探索阶段。 
　　 
　　DNA计算机的应用前景 
　　 
　　未来的DNA计算机在研究逻辑、破译密码、基因编程、疑难病症防治以及航空航天等领域应用的独特优势，是现在电子计算机望尘莫及的，应用前景十分乐观。比如，DNA计算机的出现，使在人体、细胞内运行的计算机研制成为可能，它能够充当监控装置，发现潜在的致病变化，还可以在人体内合成所需的药物，治疗癌症、心脏病、动脉硬化等各种疑难病症，甚至在恢复盲人视觉方面，也将大显身手。完全可以想象，一旦DNA计算技术全面成熟，那么真正的"人机合一"就会实现。因为大脑本身就是一台自然的DNA计算机，只要有一个接口，DNA计算机通过接口就可以直接接受人脑的指挥，成为人脑的外延或扩充部分，而且它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量，不用外界的能量供应。科幻小说中向大脑植入以DNA为基础的人造智能芯片的场景，在未来就像现在的接种疫苗一样简单。 
　　不过，由于受目前生物技术水平的限制，在DNA计算过程中，前期DNA分子链的创造和后期DNA分子链的挑选，要耗费相当大的工作量。因此，DNA计算机还有许多问题亟待解决。但是，任何自然科学研究的最终目的都是为生产服务、为人类谋幸福。所以我们有理由相信，终将有一天，DNA计算机的诞生将给人类文明带来一个质的飞跃，给整个世界带来巨大的变化。