DNA
計(jì)算機(jī)

劉頌豪 等

①DNA
計(jì)算機(jī)是一種生物形式的計(jì)算機(jī)。遺傳物質(zhì)DNA
（脫氧核糖核酸）分子是一條雙螺旋“
長(zhǎng)鏈”
，鏈上布滿(mǎn)了“
珍珠”
即核苷酸。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，DNA
分子通過(guò)這些“
珍珠”
的不同排列，能夠表達(dá)出生物體各種細(xì)胞擁有的大量基因物質(zhì)。數(shù)學(xué)家、生物學(xué)家、化學(xué)家以及計(jì)算機(jī)專(zhuān)家從中得到啟迪，正在合作研制未來(lái)的液體DNA
電腦。它利用DNA
能夠編碼信息的特點(diǎn)，先合成具有特定序列的DNA
分子，使它們代表要求解的問(wèn)題，然后通過(guò)與生物酶(
在此相當(dāng)于加、減、乘、除運(yùn)算)
的相互作用，使它們相互反應(yīng)，形成各種組合，最后過(guò)濾掉非正確的組合而得到的編碼分子序列就是正確答案。

②
由于DNA
分子能同時(shí)進(jìn)行大量的生化反應(yīng)，所以DNA
計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上是超大規(guī)模并行的，這種“
試管型”
的計(jì)算方式，在理論上可處理傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硅芯片和電流難以處理的問(wèn)題，尤其是那些計(jì)算量隨計(jì)算規(guī)模成指數(shù)增長(zhǎng)的問(wèn)題。

③DNA
計(jì)算機(jī)以核苷酸為內(nèi)存，且具有超大規(guī)模并行結(jié)構(gòu)，所以DNA
分子計(jì)算機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存貯容量和運(yùn)算速度。1
立方米的DNA
溶液，可存儲(chǔ)1
萬(wàn)億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。十幾個(gè)小時(shí)的DNA
計(jì)算，相當(dāng)于所有電腦問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。未來(lái)計(jì)算機(jī)的芯片和磁盤(pán)都用DNA
溶液來(lái)代替，其強(qiáng)大的功能將令人驚訝。而且，DNA
計(jì)算消耗的能量非常小，只有電腦的十億分之一。

④DNA
計(jì)算機(jī)誕生于1994
，發(fā)明人是萊昂那多·
阿德萊曼（Leonard Adleman
）。阿德萊曼用“
試管” DNA
計(jì)算機(jī)做實(shí)驗(yàn)，測(cè)試出了DNA
計(jì)算機(jī)的可行性。他的“
試管計(jì)算機(jī)”
在幾秒內(nèi)得出了結(jié)果，但他花去了數(shù)周時(shí)間去揀出那些正確的答案。

⑤
傳統(tǒng)電子技術(shù)將在2020
后的某個(gè)時(shí)候達(dá)到物理極限。威斯康星麥迪遜大學(xué)的科學(xué)家在簡(jiǎn)化和按比例放大這種技術(shù)方面邁出了重要的一步。他們采取了不同于其他先驅(qū)者所進(jìn)行的試管實(shí)驗(yàn)的辦法，而是把DNA
鏈固定到一塊鍍金的玻璃載片（一種DNA
芯片）上。其他研究人員則希望把DNA
計(jì)算技術(shù)送回到活細(xì)胞中。像科幻小說(shuō)中描述的向大腦植入以DNA
為基礎(chǔ)的人造智能芯片，也許在不久的將來(lái)就像現(xiàn)在接種疫苗一樣簡(jiǎn)單。

⑥D(zhuǎn)NA
分子計(jì)算機(jī)將是計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向之一�，F(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出了DNA
邏輯門(mén)、DNA
片段以及更多超前的東西，現(xiàn)在DNA
計(jì)算機(jī)最大的問(wèn)題是很難檢測(cè)其計(jì)算的結(jié)果。一旦這個(gè)問(wèn)題得到解決，DNA
計(jì)算機(jī)將會(huì)很快問(wèn)世。但不要過(guò)早地期待它取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)（塑料制品與硅片的結(jié)合）。大部分專(zhuān)家預(yù)言：比起用來(lái)運(yùn)行文字處理程序和發(fā)送電子郵件，未來(lái)的DNA
計(jì)算機(jī)的應(yīng)用極可能集中在破譯密碼和繪制飛行航線(xiàn)方面。

1
．文章主要介紹了DNA
計(jì)算機(jī)的哪三方面內(nèi)容？（3
分）


2.
如果把下面句子中加點(diǎn)的詞語(yǔ)去掉，表達(dá)的意思有什么變化？（2
分）

像科幻小說(shuō)中描述的向大腦植入以DNA
為基礎(chǔ)的人造智能芯片，也許在不久的將來(lái)就像現(xiàn)在接種疫苗一樣簡(jiǎn)單。


3.
根據(jù)文章第③
段內(nèi)容，從運(yùn)算角度，寫(xiě)出下圖所表達(dá)的意思。（3
分）


4.
閱讀鏈接材料，結(jié)合文章內(nèi)容，說(shuō)說(shuō)你有什么發(fā)現(xiàn)。（2
分）

材料一：基因芯片（又稱(chēng)DNA
芯片、生物芯片）技術(shù)，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的逐步實(shí)施以及分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展而產(chǎn)生。

材料二：基因芯片正以其可同時(shí)、快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)和分析數(shù)以千計(jì)基因組信息的本領(lǐng)而顯示出了巨大的威力。基因芯片技術(shù)已經(jīng)或即將被廣泛應(yīng)用于基因功能研究、分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究、人類(lèi)基因研究和未來(lái)醫(yī)學(xué)臨床診斷以及進(jìn)行司法鑒定、疾病檢測(cè)、藥物篩選等。

材料三：基因芯片技術(shù)仍然存在著許多亟待解決的問(wèn)題，例如技術(shù)成本昂貴，檢測(cè)靈敏度較低，分析范圍較窄等。



答案：

1
．文章介紹了DNA
計(jì)算機(jī)的生物特性、優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展。

2
．去掉“
也許”
，“
向大腦植入以DNA
為基礎(chǔ)的人造智能芯片，像現(xiàn)在接種疫苗一樣簡(jiǎn)單”
就成為肯定，這與原文表“
推測(cè)”
不相符合。

3
．DNA
計(jì)算機(jī)比起普通計(jì)算機(jī)有著驚人的運(yùn)算速度。十幾個(gè)小時(shí)的DNA
計(jì)算，相當(dāng)于所有電腦問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。

4
．第一點(diǎn)：DNA
計(jì)算機(jī)或基因芯片技術(shù)存在亟待解決的問(wèn)題。第二點(diǎn)：DNA
計(jì)算機(jī)或基因芯片技術(shù)的發(fā)展是迅猛的，并有著廣闊的發(fā)展空間。



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