Bio-Computer aus Erbgut-Strängen löst Schachprobleme

PC aus dem Reagenzglas als Alternative zum Silizium-Chip-Rechner

Princeton/USA (pte006/05.03.2000/09:30)

Herkömmliche Schachcomputer sind heute gang und gäbe, Supercomputer traten bereits gegen internationale Großmeister des Brettspiels an - jetzt lösten Wissenschaftler der US- Universität Princeton http://www.princeton.edu/ mit Hilfe eines so genannten RNA-Computers ebenfalls erste Schachprobleme. Solche Computer auf der Basis von "Erbgut-Ketten" im Reagenzglas gelten als zukünftige Alternative zu Computern aus Silizium-Chips. Die DNA oder RNA in einem einzigen Reagenzglas soll, zumindest theoretisch, Billionen von Rechenvorgängen gleichzeitig ausführen und in einem kleinen Glas Millionen mal mehr Informationen speichern können als die heute größten verfügbaren Computerspeicher.

Wie ein herkömmlicher Computer "rechnet" ein DNA-Computer mit Hilfe von Nullen und Einsen - allerdings werden diese nicht als Zustand eines elektronischen Schaltelements, als "An" oder "Aus" abgelegt, sondern in der Abfolge einzelner chemischer Basen in verschiedenen Strängen aus Nukleinsäuren. In solchen Abfolgen ist in Chromosomen auch das gesamte Erbgut von Lebewesen gespeichert. Laura Landweber und ihre Kollegen der Princeton University konstruierten ihren Schach-Computer auf der Basis von RNA-Strängen, die sehr ähnlich aufgebaut sind wie DNA-Stränge. Die DNA dient in den Zellen als Speicher der Informationen, die RNA als Hilfsstrukturen beim Kopieren und beim Umsetzen der Information in Proteine.

Landwebers Ziel: den "Erbgut-Computer" alle möglichen Stellungen von beliebig vielen Springern auf einem Schachbrett herausfinden zu lassen, bei denen keine der Figuren eine andere bedroht. Da auf einem normalen Schachbrett mehr als 1.019 Stellungsvarianten möglich sind, reduzierte man das Brett auf nur neun Felder, drei mal drei und von links oben durchnummeriert. Dies lässt immer noch 512 mögliche Varianten zu, beliebig viele Springer aufzustellen. Darunter sind 94, bei denen sich die Springer nicht gegenseitig bedrohen. Um diese zu repräsentieren, erstellte Landwebers Team ein RNA-Molekül mit zehn eindeutigen Sequenzen aus je 15 Bausteinen, den Nukleotiden. Neun der Sequenzen repräsentierten den Zustand eines der neun Felder - "Springer ja" oder "Springer nein" - und die zugehörige Feldinformation, die zehnte Sequenz diente der Reserve.

Um den Computer arbeiten zu lassen, begannen sie mit RNAs, die alle 512 möglichen Stellungen von Springern auf dem vorgegebenen Feld wiedergaben. Zusammengefasst und in zwei Gruppen geteilt, zerstörten sie in der ersten Gruppe per Enzym alle Kettenmoleküle, bei denen die Position Eins auf "Springer ja" stand. In der zweiten Gruppe wurden alle RNA-Ketten zerstört, bei denen entweder Position Sechs oder Acht auf "ja" standen: jene zwei Felder, von denen aus ein Springer die Position Eins angreifen kann. Wieder zusammengemischt, repräsentierte der RNA-Pool Schachbretter, in denen Feld Eins leer war, wann immer auf Position Sechs oder Acht ein Springer stand.

Diese Prozedur wiederholten die Wissenschaftler mit jedem anderen Paar von sich gegenseitig ausschließenden Springer-Stellungen und untersuchte das Ergebnis: 43 zufällig herausgegriffenen Moleküle enthielten 31 der 94 möglichen Lösungen, nur eins war nicht korrekt. Damit untermauerten die Forscher die Möglichkeiten eines RNA-Computers. Dessen Stärke in der Praxis soll darin liegen, aus einer riesigen Menge von Varianten optimale Strategien herauszufinden. (wsa) (Ende)