28.09.2021
генетика

Биохимические случайные числа

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

По-настоящему случайные числа имеют целый ряд практических применений – от казино до шифрования данных.

Чтобы какое-то число считалось по-настоящему случайным, его не должны предусмотреть даже люди с глубокими знаниями методов генерации таких чисел, сообщается в статье с описанием исследования опубликованом 18 ноября в журнале Nature Communications.

Преимущественно для получения таких чисел используют физические методы. Например, благодаря незначительным высокочастотным колебаниям электронов сопротивление проводника не является вполне постоянным, а слегка отклоняется в одну или другую сторону. Поскольку эти незначительные колебания невозможно предсказать, используя ни один из известных науке методов, их можно использовать для получения действительно случайных чисел.

Исследовательская команда во главе с Робертом Грассом, профессором Института химических и биоинженерных исследований Высшей технической школы Цюриха (Швейцария), описала метод генерирования таких чисел, который работает на основе использования биохимических сигналов и может применяться на практике. Раньше идеи получения случайных чисел с помощью химических средств были по большей части теоретическими.

Для этого ученые применили синтез молекулы ДНК – метод биоинженерии, который используют уже много лет, с помощью которого ученые создают точно определенные генетические последовательности. В этом случае исследовательская команда сформировала молекулу ДНК с 64 позициями строительных блоков, в каждую из которых случайно поместили одну из четырех азотистых оснований (А, Ц, Т и Г). Этого удалось достичь благодаря использованию блоков из четырех основ вместо одной на каждом этапе синтеза.

Комбинируя четыре азотистые основания в 64 позициях, ученые получили примерно три квадриллиона индивидуальных молекул. Впоследствии с помощью специального метода они определили генетические последовательности для пяти миллионов из них. Когда их записали компьютерным двоичным кодом, исследователи получили примерно 12 МБ данных.

Оказалось, правда, что распределение А-, Ц -, Т-и Г-элементов в этой последовательности не было вполне случайным. Из не до конца понятных природных или технических причин основы Т и Г встречались в ней несколько чаще, чем А и Ц. Однако с помощью относительно простого алгоритма ученые сумели откорректировать это предубеждение, получив в итоге действительно случайные числа.

Основной целью исследования команды профессора Грасса было показать, что произвольные явления в химических реакциях можно использовать, чтобы получить полностью случайные числа. Планируя этот эксперимент, ученые не думали, как его результаты можно будет применять на практике. Однако оказалось, что их метод может иметь преимущество над другими способами получения случайных чисел.

«Наш метод может порождать огромные количества случайных числовых последовательностей, которые можно компактно хранить и при необходимости оцифровывать. С другими методами это пока невозможно", - резюмирует Роберт Грасс.

  1. Последние
  2. Популярные

Самые популярные метки