Άνθρωπος vs Υπολογιστή ( η Δομή τους)

Σύμφωνα με τις γραφές ο Θεός δημιούργησε τον άνθρωπο καθ’ εικόνα και ομοίωση του. Δηλαδή μάλλον πρέπει να του μοιάζουμε στην εμφάνιση, στο τρόπο σκέψης και στην λειτουργία του.

Ο άνθρωπος με την σειρά του δημιούργησε τον υπολογιστή με την ίδια λογική, δηλαδή καθ’ εικόνα και ομοίωση δικιά του. Με άλλα λόγια ο υπολογιστής μοιάζει στην δομή του, στην εμφάνιση, στον τρόπο σκέψης και στην λειτουργία του στον άνθρωπο.

Συγκρίνοντας τον άνθρωπο με τον Υπολογιστή(Robot) θα παρατηρήσουμε ότι και οι δύο έχουν ίδια χαρακτηριστικά.

Ανθρώπινο Σώμα

Στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος υπάρχει ένα τεράστιο δίκτυο ειδικών σωλήνων(καναλιών) που ονομάζονται αγγεία και μέσω των οποίων γίνεται η μεταφορά αίματος και οξυγόνου από τα κεντρικά όργανα προς τα περιφερειακά και αντίστροφα.

Το Κυκλοφορικό Σύστημα του ανθρώπου περιλαμβάνει τρία είδη αγγείων.

Τις αρτηρίες  οι οποίες μεταφέρουν αίμα, πλούσιο σε οξυγόνο και θρεπτικές ουσίες, από την καρδιά προς την περιφέρεια και τους διαφόρους ιστούς του οργανισμού μας.

Τις φλέβες οι οποίες επαναφέρουν το αίμα από την περιφέρεια στην καρδιά, πλούσιο σε άχρηστα προϊόντα και διοξείδιο του άνθρακα. Τα άχρηστα προϊόντα κατόπιν απομακρύνονται μέσω των νεφρών, οι οποίοι έχουν ως αποστολή τους τη διήθηση-καθαρισμό του αίματος, το δε διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται από τους πνεύμονες με την αναπνοή.

Τα τριχοειδή είναι μικροσκοπικά σε διάμετρο αγγεία τα οποία επιτρέπουν την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ αίματος και ιστών.
Οι αρτηρίες, όταν φθάνουν στους μύες, το δέρμα και σε όλα τα όργανα του ανθρώπινου σώματος, διακλαδίζονται σε ολοένα μικρότερες αρτηρίες, ωσότου η διάμετρός τους γίνει μικροσκοπική. Σε αυτό το σημείο συντελείται η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του αίματος και των κυττάρων.
Τα  τριχοειδή αγγεία σχηματίζουν μέσα στα όργανα και τους ιστούς ένα εκτεταμένο δίκτυο και συμβάλλουν σε μικρές φλέβες οι οποίες λίγο-λίγο ενώνονται η μία με την άλλη σε όλο μεγαλύτερες φλέβες και επαναφέρουν το αίμα στην καρδιά.

Επίσης το σώμα περιέχει το Νευρικό Σύστημα του ανθρώπου.

Το νευρικό σύστημα είναι ένα τεράστιο δίκτυο καναλιών(αγωγών) που ρυθμίζει και ελέγχει την λειτουργία όλων των οργάνων του ανθρωπίνου σώματος, καθώς επίσης και την μεταξύ τους αρμονική συνεργασία.

Ο μηχανισμός του, είναι αυτός που διατηρεί σταθερό το εσωτερικό περιβάλλον(ομοιόσταση) στο ανθρώπινο σώμα.

Ο οργανισμός πρέπει να αντιλαμβάνεται και να αντιδρά ανάλογα στις μεταβολές του περιβάλλοντος.
Το νευρικό σύστημα μέσω των υποδοχέων συλλέγει ερεθίσματα και πληροφορίες από τα αισθητήρια όργανα όπως μάτιαυτίδέρμαγλώσσαμύτη και στην συνέχεια τα μεταβιβάζει σαν ηλεκτρικά ή και χημικά σήματα στο κεντρικό νευρικό σύστημα δημιουργώντας έτσι την αντίληψη του περιβάλλοντος στον άνθρωπο. Αυτό τα επεξεργάζεται και δίνει τις κατάλληλες εντολές στους μυς και στους αδένες.
Με αυτόν τον τρόπο ο οργανισμός μας προσαρμόζει τις λειτουργίες του ανάλογα με τις μεταβολές του περιβάλλοντος, πράγμα απαραίτητο για την επιβίωσή του.

Το Νευρικό Σύστημα αποτελείται από το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (εγκέφαλος και νωτιαίος μυελός), και το Περιφερικό Νευρικό Σύστημα που περιλαμβάνει τα νεύρα.

Τα όργανα του νευρικού συστήματος, δηλαδή ο εγκέφαλος, ο νωτιαίος μυελός και τα νεύρα αποτελούνται από νευρικό ιστό. Τα κύτταρα του νευρικού ιστού είναι δύο ειδών: τα νευρικά κύτταρα ή νευρώνες και τα νευρογλοιακά κύτταρα.

Οι νευρώνες, αποτελούν τη δομική και λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος και έχουν την ιδιότητα να αντιδρούν σε συγκεκριμένες μεταβολές του περιβάλλοντος, όπως είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας, της πίεσης, της έντασης του φωτός, του pH κ.ά.

Κάθε νευρώνας αποτελείται από το κυτταρικό σώμα και από τις αποφυάδες. Το κυτταρικό σώμα περιέχει τον πυρήνα και τα οργανίδια του κυττάρου. Οι νευρικές αποφυάδες διακρίνονται στους δενδρίτες και στο νευράξονα ή νευρίτη.

Οι δενδρίτες είναι συνήθως μικρές σε μήκος αποφυάδες με πολλές διακλαδώσεις.

Ο νευράξονας ή νευρίτης έχει μήκος που σε ορισμένες περιπτώσεις φτάνει το ένα μέτρο. Διακλαδίζεται σε πολλές μικρές απολήξεις, καθεμία από τις οποίες καταλήγει σε ειδικό άκρο, το τελικό κομβίο.

Οι νευρώνες, ανάλογα με τη λειτουργία που επιτελούν,  διακρίνονται σε αισθητικούς, κινητικούς και ενδιάμεσους.

Οι αισθητικοί νευρώνες μεταφέρουν μηνύματα από τις διάφορες περιοχές του σώματος στο νωτιαίο μυελό και στον εγκέφαλο.

Αντίθετα, οι κινητικοί νευρώνες μεταφέρουν τα μηνύματα από τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό στα εκτελεστικά όργανα, τα οποία απαντούν είτε με σύσπαση (μύες) είτε με έκκριση ουσιών (αδένες).

Οι ενδιάμεσοι ή συνδετικοί νευρώνες βρίσκονται αποκλειστικά στον εγκέφαλο και στο νωτιαίο μυελό και κατευθύνουν τα μηνύματα που προέρχονται από τους αισθητικούς νευρώνες στις κατάλληλες περιοχές του εγκεφάλου ή του νωτιαίου μυελού. Μεταφέρουν επίσης τα μηνύματα από μία περιοχή του εγκεφάλου ή του νωτιαίου μυελού σε μία άλλη και τελικά στους κατάλληλους κινητικούς νευρώνες.

Τα νευρογλοιακά κύτταρα (νεύρο και γλοία = κόλλα) έχουν ποικίλα σχήματα και ειδικές λειτουργίες. Τα βοηθητικά αυτά κύτταρα προμηθεύουν με θρεπτικά συστατικά το νευρώνα και χρησιμεύουν στην απορρόφηση και απομάκρυνση των άχρηστων ουσιών από αυτούς. Τα νευρογλοιακά κύτταρα, που περιβάλλουν το νευράξονα των περισσότερων από τους νευρώνες, συμβάλλουν στη μόνωση του και στην επιτάχυνση της μεταφοράς της νευρικής ώσης.

Robot(Ανδροειδές)

Μέσα στο σώμα ενός Robot υπάρχει επίσης ένα αντίστοιχο Κυκλοφορικό Σύστημα που και αυτό αποτελείται από κανάλια(αγωγούς) μέσω των οποίων με υδραυλικό ή ηλεκτρικό ή χημικό τρόπο μεταφέρει ενέργεια και κίνηση στα διάφορα όργανα και μέλη του.

Επίσης στο εσωτερικό του Robot υπάρχει ένα τεράστιο Νευρωνικό Δίκτυο καναλιών(αγωγών) που συνδέει τον εγκέφαλο με όλους τους αισθητήρες των οργάνων του. Μέσω αυτών των αγωγών και των αισθητήρων ο εγκέφαλος του Robot αντιλαμβάνεται το περιβάλλον, λαμβάνοντας ερεθίσματα και  πληροφορίες από αυτό, τα επεξεργάζεται και στέλνει πίσω στα όργανά του τις κατάλληλες εντολές για το πως πρέπει να αντιδράσουν και να λειτουργήσουν. Τα κανάλια αυτά είναι ξεχωριστά για τα σήματα ελέγχου και διαφορετικά για τα σήματα δεδομένων και πληροφορίας.

Η λογική της δομής και της λειτουργίας του Robot είναι πανομοιότυπη με αυτή του ανθρώπου και στο Κυκλοφορικό Σύστημα αλλά και στο Νευρωνικό Δίκτυο.

Υπάρχει όμως μια μεγάλη διαφορά στο υλικό κατασκευής τους καθώς και στον τρόπο που αντλούν την ενέργεια που χρειάζονται για να είναι και οι δύο ζωντανοί οργανισμοί.

Ο άνθρωπος είναι κατασκευασμένος από οργανική ύλη και την ενέργεια για την λειτουργία του την παίρνει από την τροφή, τον αέρα και το νερό. Η Δομική Μονάδα  κατασκευής του ανθρώπου είναι το κύτταρο, το οποίο μέσα του κουβαλάει γενετικές πληροφορίες λειτουργίας και αναπαραγωγής(DNA).

Το Robot είναι κατασκευασμένο από ανόργανα υλικά όπως πυρίτιο για τον εγκέφαλο(chip) και μηχανικά ή ηλεκτρικά ή υδραυλικά μέρη. Για να λειτουργήσει το Robot χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια.

Το μεγάλο όμως ερώτημα είναι:  Μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα Robot από οργανική ύλη όπως αυτή του ανθρώπου ή κάτι παρεμφερές; Δηλαδή μπορούμε να φτιάξουμε Μοριακούς Υπολογιστές;

Μπορούμε αυτό το ανδροειδές να το κατασκευάσουμε και να το εκπαιδεύσουμε ώστε να παίρνει την ενέργεια που χρειάζεται από την τροφή, το νερό και το οξυγόνο όπως και εμείς;

Για να συμβεί αυτό θα πρέπει στην οργανική δομική μονάδα(κύτταρο) κατασκευής του ανδροειδούς να μπορούμε να γράφουμε δεδομένα, πληροφορίες και κώδικα(οδηγίες-εντολές). Μα αυτό το κάνει ήδη η φύση στην κατασκευή και λειτουργία των ζώντων οργανισμών από την απαρχή της ζωής!!! Μέσα σε κάθε ζωικό κύτταρο στο DNA η φύση αποθηκεύει γενετικές πληροφορίες και κώδικα για την λειτουργία και αναπαραγωγή του κυττάρου με ασύλληπτες για εμάς πυκνότητες. Σε ένα κυβικό εκατοστό DNA μπορούμε να αποθηκεύσουμε ένα τρισεκατομμύριο CD!!!

Γιατί δεν αντιγράφουμε απλά τον μηχανισμό της φύσης και να το υιοθετήσουμε και στους υπολογιστές;

Ένας λόγος είναι ότι δεν έχουμε αποκωδικοποιήσει πλήρως το DNA ακόμη. Επιστήμονες όμως έχουν κάνει ήδη τα πρώτα βήματα για την κατασκευή του Μοριακού(ζωντανού – οργανικού) υπολογιστή.

Ο πρώτος μοριακός υπολογιστής από DNA

To 2001 ακολουθώντας τις οδηγίες της Μητέρας Φύσης, ισραηλινοί επιστήμονες  έχτισαν έναν υπολογιστή από DNA,τόσο μικροσκοπικό, που ένα τρισεκατομμύριο από αυτούς θα μπορούσε να ταιριάξει σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα και να εκτελέσει δισεκατομμύρια διαδικασίες ανά δευτερόλεπτο με 99,8 τοις εκατό ακρίβεια.

Αντί της χρησιμοποίησης αριθμών και τύπων για να λύσουν ένα πρόβλημα, η είσοδος, η έξοδος και το λογισμικό του μικροσκοπικού υπολογιστή αποτελούνται από μόρια DNA — που αποθηκεύουν και κωδικοποιούν τις πληροφορίες στους ζωντανούς οργανισμούς.

«Έχουμε χτίσει έναν υπολογιστή σε νανοκλίμακα φτιαγμένο από βιομόρια που είναι τόσο μικρός που εσείς θα μπορείτε να τον τρέξετε περισσότερες από μία φορές. Όταν ένα τρισεκατομμύριο υπολογιστές τρέξουν μαζί θα είναι σε θέση να κάνουν δισεκατομμύρια διαδικασίες,» λέει ο καθηγητής Ehud Shapiro του Ιδρύματος Weizmann του Ισραήλ.

Αυτή είναι η πρώτη προγραμματιζόμενη αυτόνομη υπολογιστική μηχανή στην οποία η είσοδος, η έξοδος, το λογισμικό και το υλικό, αποτελούνται όλα από βιομόρια.

Αν και είναι πάρα πολύ απλό, για να έχει οποιεσδήποτε άμεσες εφαρμογές, θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση ενός υπολογιστή DNA στο μέλλον που θα μπορούσε ενδεχομένως να λειτουργήσει μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα και να ενεργήσει ως συσκευή ελέγχου ικανή να βρίσκει τις αλλαγές που τουs προκαλούν οι ασθένειες, ώστε να συνθέτει τα κατάλληλα φάρμακα για την ίαση τουs.

Το DNA μπορεί να φυλάξει περισσότερες πληροφορίες σε ένα κυβικό εκατοστόμετρο από ένα τρισεκατομμύριο CD!!!. Η διπλή μοριακή έλικα, που περιέχει τα ανθρώπινα γονίδια, καταχωρεί τα στοιχεία πάνω σε τέσσερις χημικές βάσεις — γνωστές από τα γράμματα Α,T, C και G — δίνοντας του την τεράστια ικανότητα μνήμης, στην οποία οι επιστήμονες τώρα μόνο αρχίζουν να την αγγίζουν.

«Το ζωντανό κύτταρο περιέχει απίστευτες μοριακές μηχανές που χειρίζονται την πληροφορία -κωδικοποιώντας μόρια όπως το DNA και το RNA (ο χημικός ξάδελφός του) με τρόπους που είναι βασικά πολύ παρόμοιοι με τον υπολογισμό,»   είπε ο Shapiro, ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας που ανέπτυξε τον υπολογιστή DNA.

Γράφοντας στο επιστημονικό περιοδικό Nature, ο Shapiro και η ομάδα του περιγράφουν τον υπολογιστή DNA τους, ο οποίος είναι ένα μοριακό μοντέλο μιας από τις απλούστερες μηχανές υπολογισμού.

Τα στοιχεία αντιπροσωπεύονται από ζευγάρια μορίων σε ένα σκέλος του DNA και δύο φυσικά ένζυμα ενεργούν ως υλικό για να διαβάσουν, να αντιγράψουν και να χειριστούν τον κώδικα.

Οταν όλα αναμιγνύονται μαζί στον δοκιμασικό σωλήνα, το λογισμικό και το υλικό λειτουργούν στο μόριο εισόδου για να δημιουργήσουν την έξοδο.

Ο υπολογιστής DNA έχει επίσης μια πολύ μικρή κατανάλωση ενέργειας, έτσι εάν τεθεί μέσα στο κύτταρο, δεν θα απαιτούσε πολλή ενέργεια για να λειτουργήσει.

 

Μοριακός υπολογιστής από DNA μονής έλικας

Το 2011 Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν έναν νέο μοριακό υπολογιστή  ή «υπολογιστή DNA» όπως είναι πιο γνωστοί οι υπολογιστές αυτού του είδους. Πρόκειται για τον πιο πολύπλοκο μοριακό υπολογιστή που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα και μεταξύ άλλων μπορεί να κάνει μαθηματικές πράξεις, όπως για παράδειγμα να υπολογίζει τετραγωνικές ρίζες. H λειτουργία του ανοίγει τον δρόμο για την δημιουργία βιο-αισθητήρων που θα μπορούν να εντοπίζουν διάφορες ασθένειες.

Οι μοριακοί υπολογιστές κάνουν την επεξεργασία των δεδομένων και την επίλυση των προβλημάτων μέσω βιοχημικών αντιδράσεων μορίων DNA. Ερευνητική ομάδα του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech) μετά από πολυετή έρευνα στον συγκεκριμένο τομέα κατάφερε να αναπτύξει τον πιο προηγμένο σύστημα του είδους.

Σπονδυλική στήλη της λειτουργίας κάθε υπολογιστή είναι οι λεγόμενες «λογικές πύλες». Πρόκειται για ψηφιακές διατάξεις που αποτελούν τους δομικούς λίθους των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Οι λογικές πύλες δέχονται στην είσοδο ή στις εισόδους τους ένα ή περισσότερα δεδομένα και παρέχουν στην έξοδό τους το αποτέλεσμα. Αποτελούνται από βασικά στοιχεία των ηλεκτρονικών δομών, όπως διόδους και τρανζίστορ. Στους μοριακούς υπολογιστές την θέση του πυριτίου παίρνουν τα μόρια του DNA.

«Λογικές τραμπάλες»
Οι ερευνητές του Caltech ανέπτυξαν μια επαναστατική μέθοδο «χειραγώγησης» του DNA χρησιμοποιώντας μονές έλικες των μορίων του (κανονικά το κάθε μόριο DΝΑ αποτελείται από μια διπλή έλικα). Ανέπτυξαν ένα σύστημα από 130 μονές έλικες που δημιουργούν λογικές πύλες οι οποίες λειτουργώντας ως ένα είδος «τραμπάλας» μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν νέες, ακόμη πιο εξελιγμένες λογικές πύλες.

Ο υπολογιστής αυτός είναι πέντε φορές πιο ισχυρός από οποιοδήποτε υπολογιστή DNA έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα αλλά εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά «αργός». Χρειάζεται έξι έως δέκα ώρες για να υπολογίσει την τετραγωνική ρίζα των αριθμών από το 1 ως το 15, όμως οι ερευνητές διευκρινίζουν ότι ο βασικός στόχος τους δεν είναι να ανταγωνιστούν τους συμβατικούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές όσον αφορά την ταχύτητα επεξεργασίας, αλλά να δημιουργήσουν εξελιγμένα βιοχημικά συστήματα που θα βρουν εφαρμογές ακόμη και στον ανθρώπινο οργανισμό.

Άρα το πολυμήχανο DNA ξέρει και να μετράει!!!

Αυτά προς το παρόν…

Μπάμπης Μπουλής
89της


Πηγή: incardiology.gr, ΒΙΚΙΠΑΙΔΕΙΑ, Βιολογία Λυκείου, physics4u.gr, sciencemag.org, in.gr

Σχολιάστε

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.

error: το περιεχόμενο προστατεύεται !!