مطابق قانون مور (1(Moor Law هر 18 ماه، تعداد قطعات الکترونیکى موجود در تراشه هاى کامپیوترى (Chip) دو برابر می‌شود و سرعت نیز چند برابر افزایش مییابد. از طرفى هر روز شاهد کوچکتر شدن وسایل الکترونیکى هستیم؛ اما بالاخره سرعت فیزیکى و کوچکسازى براى ریزپردازنده هاى (Microprocessor) سیلیکونى (نیمههادى به کار رفته در ساخت مدارهاى الکترونیکى) به پایان خواهد رسید؛ به طورى که از نظر ساخت کارخانهاى با مشکل روبهرو خواهیم شد.
تراشهسازان، سالهاست که به دنبال جایگزینى براى سیلیکون هستند که این جایگزینى، همان مولکول DNA موجود در سلولهاى ارگانیسم زنده است؛ منبعى فراوان و ارزان که بر خلاف مواد سمى ریزپردازندههاى رایج، از نظر مسائل زیست محیطى، منبعى پاک محسوب می‌شود.
از طرفى مطابق نظریه دانیل ایلى، مولکول DNA همانند یک سیم مولکولى، هادى جریان
الکترونهاست.
DNA چیست و چه ارتباطى با سیستم هاى کامپیوترى دارد؟
همان گونه که اشاره شد، آدلمان، ریاضیدان و دانشمند علوم کامپیوتر، با مطالعه کتاب بیولوژى
مولکولى واتسون و بررسى ساختار DNA در مدل واتسون - کریک (آوریل1953م.) توانست به عملکرد مشابه مولکول DNA و سیستمهاى کامپیوترى پى ببرد.
نکات برجسته مدل واتسون - کریک را در عبارات زیر می‌توان خلاصه کرد:
1. مولکول 2 DNA مارپیچى دوگانه است و براى تجسم این مارپیچ، «ستون فقرات» متناوبى از گروههاى فسفات و قند را در نظر بگیرید که حول یک استوانه فرضى بلند، پیچیده شده باشد؛ این یکى از رشتههاى مارپیچ دوگانه است.
در مارپیچ DNA، دو رشته وجود دارد که توسط بازهایى که بیرون از رشتهها به سمت مولکول قرار دارند، با تشکیل پیوندهاى شیمیایى ضعیف یکدیگر را نگه میدارند.
2. در DNA، چهار نوع نوکلئوتید (واحد ساختارى DNA)وجود دارد که عبارتند از آدنین(A)، تیمین(T)، سیتوزین(C) وگوانین(G).
بر طبق مدل مذکور، میزان آدنین و تیمین برابر است؛ زیرا بازهاى آدنین در یکى از دو رشته،
همیشه به تیمین رشته مقابل میپیوندد. به طور مشابهى میزان گوانین با سیتوزین نیز
برابر است؛ زیرا دو باز در مولکول DNA، همواره به هم پیوند میخورند. از اینرو، اگر دو رشته
مولکول DNA با شکستن پیوندهاى بین بازها جدا شوند، هر رشته تمام اطلاعات لازم جهت سنتز رشته مقابل را فراهم می‌کند.
توانایى خود همانندسازى DNA، قابلیتى است که هر مولکول فرضى به عنوان ماده ژنتیکى باید آن را داشته باشد. DNA نیز این گونه است؛ به طورى که با جدا شدن هر دو رشته مارپیچ از هم و سپس الگو قرار دادن هر رشته براى سنتز رشته جدید، همانندسازى می‌کند. مهمتر اینکه مدل واتسون - کریک نشان داد که اطلاعات ژنتیکى به نحوى در ردیف بازهاى مولکول DNA رمزشده است؛ درست و همانند آن چه که در کامپیوترها اتفاق میافتد؛ یعنى ذخیره
دادهها به صورت رشتههاى دودویى (Binary) متشکل از دو رقم 0 و 1 می‌باشد.
یک رقم دودویى، بیت (Bit) خوانده می‌شود. اطلاعات در کامپیوترهاى دیجیتال، به وسیله گروههایى از بیت نشان داده می‌شوند. با استفاده از تکنیکهاى کدگذارى، بیتها نه تنها براى نمایش اعداد دودویى، بلکه براى سایر سمبلهاى گسسته، همچون ارقام دهدهى و یا حروف الفبا نیز به کار برده می‌شوند.
با استفاده صحیح از مجموعههاى دودویى و به کارگیرى روشهاى مختلف کدگذارى، می‌توان
گروههاى بیتها را براى ساخت مجموعههاى کامل دستورالعملها جهت انجام محاسبات به کار
برد. در مباحث علوم کامپیوتر، دادهها را به طرق مختلفى سازماندهى میکنند. مدل منطقى یا ریاضى یک سازمان معین براى دادهها را اصطلاحاً ساختمان دادهها مینامند. ساختمان دادهها، در واقع به گونهاى است که می‌توان دادهها را در چارچوب آن ساختمان پردازش نمود.
جالب است بدانیم که یک رشته DNA رمزگذارى شده با چهار باز A, T, C, G و با فاصلهاى حدود 35/0 نانومترى نوکلئوتیدها از هم، یک ساختمان دادهاى منحصر به فرد است.
از سویى دیگر، تراکم دادهاى DNA یا همان حجم اطلاعاتى که میتواند در خود نگه دارد، در
مقایسه با کامپیوترهاى امروزى، فوقالعاده است. این در حالى است که بیش از 10 تریلیون مولکول DNA در یک سانتیمتر مکعب (06/0 اینچ مکعب) جاى میگیرد. با این حجم از DNA می‌توان 10 ترا بایت (1000 گیگا بایت) اطلاعات را ذخیره نمود و 10 تریلیون محاسبه را در یک لحظه به انجام رساند. همچنین یک گرم DNA خشک که تقریباً به اندازه نصف یک حبه قند است میتواند اطلاعات یک تریلیون CD را در خود ذخیره کند. تراکم مؤثر DNA حدود 100000 بار،
بیشتر از هارد دیسکهاى مدرن است.
آدلمان با استعدادى که داشت، پى برد که DNA در طبیعت، همانند ماشین تورینگ عمل می‌کند.
ماشین تورینگ که به یاد ریاضیدان انگلیسى Alan Turing نامگذارى شده است، یک آتاماتون است و آتاماتون یک مدل انتزاعى از کامپیوتر می‌باشد. حافظه موقت ماشین تورینگ، نوار است. این نوار به سلولهایى تقسیم شده است که هر یک از آنها قادر به نگهدارى یک علامت است.
در ارتباط با نوار، یک هد خواندن و نوشتن وجود دارد که میتواند به راست و چپ حرکت کند و در هر حرکت، یک علامت بخواند. ماشین تورینگ، فایل ورودى و یا مکانیزم خروجى مشخصى ندارد. هر نوع ورودى و یا خروجى، به واسطه نوار انجام می‌شود و داشتن فایل ورودى و خروجى، تغییرى در نتیجه به وجود نمیآورد.
طبق ایده آدلمان و تحقیقات گسترده پروفسور 3 shapiro، مولکول DNA همانند ماشین تورینگ، اطلاعات را پردازش کرده، آنها را به صورت یک توالى یا فهرستى از علائم، ذخیره می‌کند. از این رو، دانشمندان براى ساخت نانوکامپیوتر در پى جایگزینى ریزپردازندههاى سیلیکونى با
مولکول DNA هستند.
نانوکامپیوتر، عبارت است از یک کامپیوتر با مدارهاى بسیار کوچک که تنها توسط یک میکروسکوپ
دیده می‌شوند. نانوکامپیوترها میتوانند به صورتهاى زیر طراحى شوند:
الکترونیکى؛ که در آن از فنّاورى نانوتکنولوژى براى ساخت مدارهاى میکروسکوپى استفاده می‌شود.
ارگانیک یا بیوشیمیایى؛ همانند کامپیوترهاى DNA. کوانتومى؛ کامپیوترهاى کوانتومی.
نانوکامپیوترها با موادى در ابعاد مولکولى سر و کار دارند و نویدبخش ساخت کامپیوترهاى بسیار
کوچک و سریعتر هستند. از سرى کامپیوترهاى در ابعاد نانو، کامپیوترهاى DNA می‌باشند که ترکیبى
از مولکول DNA به همراه آنزیمهاى پردازش مولکول و چند قطره آب می‌باشند. ورودى، خروجى و برنامه نرمافزارى ماشین مذکور، همگى از مولکول DNA ساخته شده‌اند. در طبیعت آنزیمهایى وجود دارد که مولکول DNA را \\"cut\\" میکنند. آنزیمهایى هستند که عمل \\"paste\\" انجام میدهند و آنزیمهایى براى \\"copy\\" و نیز آنزیمهایى براى تعمیر \\"repair\\" مولکول
DNA وجود دارند و حتى چیزى فراتر از اینها و هماÙ! †ند یک واحد پردازش مرکزى کامپیوتر (CPU) وجود دارد که داراى یک سرى از اعمال پایه، نظیر عملیات جمع (4(add، انتقال بیتى (bit-shifting) و عملگرهاى منطقى (AND-OR-NOT-NOR) است که به ما اجازه بسیارى از محاسبات
پیچیده را میدهند. نکته حائز اهمیت این است که اعمال فوق، تنها در یک لحظه و به صورت موازى صورت میگیرد.
اطلاعات وراثتی جانداران بجزء ویروس های RNA را در مولکول DNA و در ساختار ویژه ای از این مولکول که آن را ژن می نامند نهفته است. اگر بخواهیم تعریفی از ژن داشته باشیم با توجه به کتاب زیست شناسی و آزمایشگاه (2) می توان گفت؛ ژن بخشی از مولکول DNA است که موجب سنتز پروتئین یا RNA می شود. البته این تعریف خالی از اشکال نیست. زیرا بعضی از ویروس ها دارای RNA هستند. همچنین بعضی از ژن ها اثر تنظیمی برژنهای دیگر داشته و از آنها RNA یا پروتئین سنتز نمی شود. بنابراین بهترین تعریف ژن بدین صورت می باشد: بخشی ازنوکلئیک اسید است که به عنوان یک واحد عمل کننده کار می کند.