HISTÓRIA DO COMPUTADOR
- 47 - O futuro que vem aí
Um segundo para percorrer o Caminho
Hamiltoniano
O
computador baseado em DNA deveria resolver um problema denominado Caminho
Hamiltoniano (em homenagem ao matemático irlandês William
Rowan Hamilton, que planejou o enigma em 1857). Uma versão simplificada,
conhecida como o problema do caixeiro-viajante, poderia ser assim formulada:
dada uma relação arbitrária de cidades
pelas quais um vendedor deve passar, qual a rota mais curta ligando todas
elas? A versão de Adleman limitou o número de rotas interligando
as cidades ao especificar em quais o vendedor deveria iniciar e terminar
sua jornada. Uma vez que nem todas as cidades estão diretamente
ligadas, o objetivo seria descobrir um caminho contínuo ligando
todas elas.
Ligar quatro
ou cinco cidades pode ser uma tarefa simples de se fazer com um pedaço
de papel, mas quando o número de cidades cresce, o problema aumenta
exponencialmente, passando ao que é conhecido como “problema pesado”,
em termos
matemáticos. Problemas pesados não podem ser resolvidos eficientemente
por equações algébricas, as respostas só podem
ser encontradas pela investigação de todas as possíveis
soluções, o que pode ser difícil até para os
computadores executarem. Conectar 100 cidades, num problema assim, usando
um algoritmo bem conhecido e um computador que executasse um trilhão
de operações por segundo, envolve um tempo de cálculo
superior à própria idade do universo, ainda segundo o texto
da Wired.
O pesquisador
limitou seu teste a sete cidades conectadas por 14 rotas possíveis,
buscando um caminho que pudesse ligar as cidades norte-americanas de Atlanta
e Detroit, passando pelas demais da sua lista. No dia de Natal de 1993,
ele foi para o laboratório de virologia da University of Southern
California. Ele vinha pesquisando como
os glóbulos brancos do sangue eram selecionados para morrer pelo
HIV, mas naquele dia fez uma experiência diferente: preparou 21 tubos
de ensaio com seqüências simples de DNA (uma para cada uma das
sete cidades e das 14 rotas de conexão entre elas).
Dias depois,
tinha nos tubos um material que foi reunido num tubo de ensaio com solução
aquosa. Em apenas um segundo, veio a resposta, a primeira do mundo dada
por um computador molecular: trilhões de cópias de uma molécula
com longas seqüências de “palavras” de quatro letras representando
a solução do caminho hamiltoniano entre Atlanta e Detroit.
Um dia depois de sua criação, o computador-DNA de Adleman
(batizado como TT-100, por utilizar tubos de ensaio de 100 microlitros)
já se mostrava mais rápido, econômico e de tamanho
mais reduzido que seu primo eletrônico.
A ligação
– Uma versão simplificada (para facilitar a explicação)
do experimento de Adleman, com quatro cidades como Atlanta, Baltimore,
Chicago e Detroit e definindo-se que a partida seria em Atlanta e a chegada
em Detroit, implicaria em quatro opções de vôo: Atlanta/Chicago,
Chicago/Detroit, Chicago/Baltimore e Baltimore/Detroit. O caminho mais
curto poderia ser voar de Atlanta a Chicago, de Chicago a Baltimore e de
Baltimore a Detroit. Simples, não? Mas, experimente acrescentar
algumas cidades nesse roteiro...
Para resolver
o problema com quatro cidades, Adleman usou os quatro tipos de nucleotídeos
(A,T,G,C) para formar “palavras” com seqüências de seis bases:
denominou Atlanta como ATGCGA, Baltimore como CGATCC, Chicago como GCTTAG
e Detroit como GTCCGG. A escolha da ordem das letras não é
casual: as bases das espirais do DNA só se unem de uma forma: G
com C e T com A.
Para batizar
os vôos de conexão entre as cidades, pegou as três últimas
letras do nome DNA da cidade de origem e as três primeiras do nome
DNA da cidade de destino. Assim, o vôo Atlanta-Chicago foi chamado
de CGAGCT, o de Chicago a Detroit foi batizado como TAGGTC, Chicago-Baltimore
seria TAGCGA e Baltimore-Detroit seria TCCGTC. Em seguida, montou as seqüências
complementares de DNA conforme a compatibilidade das bases (trocando G
por C e T por A). Assim, Atlanta passou de ATGCGA para TACGCT; Chicago,
para CGAATC; Baltimore, para GCTAGG e Detroit, para CAGGCC.
Colocadas no tubo
de ensaio, as seqüências referentes às cidades foram
se ligando naturalmente de acordo com os pares de bases compatíveis.
Adicionadas ao tubo de ensaio enzimas que destruíram as seqüências
que não compreendiam as quatro cidades ou que começassem
ou terminassem com a cidade errada, sobrou a resposta certa: Atlanta-Chicago-Baltimore-Detroit.
Trilhões de moléculas executaram a operação
centenas de vezes mais rápido que o mais moderno supercomputador
serial da atualidade, e com um consumo de energia um bilhão de vezes
mais eficiente que os computadores eletrônicos, além de uma
capacidade de armazenamento de informações um trilhão
de vezes mais densa que os melhores meios de armazenagem de dados atuais.
E a computação
por DNA já tem seus hackers: o pesquisador Richard Lipton e dois
estudantes graduados, Dan Boneh e Christopher Dunworth, descobriram - apenas
três meses depois - como esse computador genético poderia
desmontar (“craquear”) rapidamente o algoritmo usado pelo governo americano
para codificar seus documentos secretos: o Data Encryption Standard (DES)... |