Search This Blog

Thursday, October 4, 2012

Гайхамшигтай маш жижиг бүтцийн загварчлал


Гайхамшигтай маш жижиг бүтцийн загварчлал :
ДНХ-д хадгалагдсан мэдээллийн хэмжээ(Dazzling design in miniature)

Werner Gitt

          Хүний биед буй эсүүд(cells) нь тус бүрдээ онцлог үйл ажиллагааг явуулдаг багадаа зуун мянганаас дээш хоорондоо өөр төрлийн уураг(proteins)-уудыг бүтээх чадвартай. Энэ төвөгтэй тус бүрийн молекул машинуудыг бүтээхэд шаардлагатай мэдээлэл нь ДНХ-д хадгалагдсан байдаг.

Өнөө үед технологийн дэвшил маш хурдацтай явагдаж комьпютерийн хатуу диск, мемори, CD зэрэгт их хэмжээний мэдээллийг өндөр түвшинд хадгалах технологитэй болжээ. Гэвч энэ бүхий л зүйлс нь гадаргуу(surface) дээрээ л мэдээллийг хадгалдаг. Харин эсрэгээр ДНХ нь мэдээллийг гурван хэмжээст бүтцээр хадгалдаг. ДНХ нь энэ огторгуйд мэдэгдээд байгаа зүйлс дундаас хамгийн нягтаршилтайгаар мэдээллийг хадгалах механизм юм.

Сүлбээр зүүний толгой(pin head) хэмжээний эзэлхүүний ДНХ-д хадгалагдаж болох мэдээллийн хэмжээг харцгаая. Хэрэв тэнд байгаа мэдээлэл бүгдийг цаасан дээр бичиж ном болговол тэр ном энэ газраас сар хүртэлх зайнаас 500 дахин урт зузаан ном болох нь!(доор бичигдсэн Гитт докторын тооцоог харна уу) Ийм итгэмээргүй нягтаршил бүхий мэдээллийн систем нь гайхамшигтай оюунлаг бүтээгч(intelligent Designer)-ийг заана.



Үүгээр ч зогсохгүй, ДНХ-д хадгалагдаж буй ийм их мэдээлэл нь амьд биетүүдийн үе дамжин хуулбарлагдаж дараачийн үед дамжигдах явдал юм! Амьд бие санамсаргүйгээр органик бус химийн бодисоос бий болсон, тэгээд энэ дотор буй маш их хэмжээний мэдээлэл санамсаргүй үүссэн гэх бодлыг дэмжиж буй ямар ч шинжлэх ухааны хууль байхгүй билээ. Эсрэгээр мэдээлэл(бүх амьд бие дотроос олж болох) нь мэдээлэлийг өгсөн оюунлаг Илгээгч байгаа гэдгийг зааж байгааг бид байгалийн хуулиар мэдэж байгаа билээ. ДНХ-ээр дамжуулж амьд биетийг харах үед Эхлэл номын бүтээлт нь үнэхээр шинжлэх ухааны баримттай таарч байгаа юм.

---------------------------------------------------

Гитт(Gitt) докторын тооцоололт
Мэдэгдсэн зүйлс дундаас хамгийн нягтаршилтай мэдээллийн систем нь амьд биетэд байгаа эсэнд буй ДНХ юм. Энэ химийн мэдээлэл дамжуулах материал(ДНХ)-ийн диаметр нь 2нм(нано метр) бөгөөд, нэг ороогдсон(нэг мушгигдсан) гинжнийх нь урт нь 3,4нм юм.  

(1nm = 10-9m = 10-6mm).

Энэ баганын эзэлхүүн V = h×d2×π/4 = 3.4×10-6mm×(2×10-6mm)2×π /4 = 10.68×10-18mm3 юм.

Тэгээд ДНХ хос гинж бүтцийн тус бүрийн мушгирсан хэсэг бүрт 10 ширхэг химийн бичиг(нуклеотид) орсон байдаг. Тиймээс дараах статистик мэдээллийн нягтрал харагдана.

R = 10 бичиг / 10.68×10-18mm3 = 0.94×1018 бичиг/mm3

Энэ хадгалах нягтрал нь бид төсөөлшгүй их том болоод ч тэр тайлбар хэрэггүй байх.

Нэгт :сүлбээр зүүний толгой хэмжээний ДНХ-д хадгалагдаж болох мэдээллийн хэмжээ хэр бол? Тэгээд тэр мэдээллийг цаасанд бичиж ном болгон хадгалвал хэр хэмжээний эзэлхүүнтэй байх бол?

Жишээгээр <Бурхан хувслийг ашигласан уу?> гэдэг номонд буй мэдээлэл нь :

 Номын зузаан : 12 мм, 160хуудас, 250,000 үсэг/ном(letters/book, LB)

Диаметр нь 2мм(радиус(r) нь 1мм) сүлбээр зүүний толгойны эзэлхүүн нь :

Сүлбээр зүүний толгойны эзэлхүүн(VP) = 4/3×π×r3 = 4.19 mm3
Сүлбээр зүүний толгойн эзэлхүүнд хичнээн үсэг(letters/pinhead, LP) хадгалагдаж болох вэ?

LP = VP×R = 4.19 mm3×(0.94×1018 үсэг/mm3) = 3.94×1018 үсэг
Сүлбээр зүүний толгойн эзэлхүүнд буй ДНХ-ийн мэдээллийн хэмжээ хэдэн ширхэг ном болох вэ?

 n = LP/LB = 3.94×1018 үсэг / 250,000 үсэг/ном = 15.76×1012 ном

энэ номнуудыг өрөөд тавьбал өндөр нь хэр болох бол?

h = 15.76×1012 ном × 12 mm/ном = 189.1×1012 mm = 189.1×106 km
сар хүртэлх зай M=384,000 km

энэ өндөр сар ба дэлхийн хооронд хэдэн удаа ирж очих өндөр вэ?

    m = h/M = 189.1×106 km / 384,000 km = 492.5 удаа

хоёрт :
хүний геном(genome) нь 3х109 үсэгтэй(нуклеотид). Биеийн эсэд 6х109 үсэг бий. (3,4нм уртад 10ширхэг үсэг байгаа учраас) хүний геомын урт(length of the genome, LG) нь доорхтой ижилээр тооцоологдож болно.

LG = (0.34×10-9 m/letter) × 3×109 үсэг = 1.02 m
Хүний геномын эзэлхүүн(VG) нь :
   VG = LG / R = 3×109 үсэг / (0.94×1018 үсэг/mm3) = 3.19×10-9 mm3

Сүлбээр зүүний толгойны(диаметр нь 2мм) эзэлхүүн :
V = 4/3×π×r3 = 4.19 mm3

Хэр хэмжээний хүмүүсийн геном нэг сүлбээр зүүний толгойнд агуулагдаж болох вэ?

k = 4.19 mm3 / (3.19×10-9 mm3) = 1.313×109 ширхэг

энэ нь диаметр нь 2ммын сүлбээр зүүний толгойн эзэлхүүнд дэлхийн бүх хүн амын 1/5 буюу 1тэрбум гаруй хүний геном орж болохыг заана.

Гуравт : өнөө үеийн комьпютерт биелэгдэж байгаа гайхамшигтай нятруулах технологи ч ДНХ-ийн харуулж байгаа гайхалтай мэдээлэл агуулах хэмжээтэй харьцуулахад юу ч биш юм. ДНХ-ийн хадгалах нятралыг мэдэхийн тулд, 2мм болох сүлбээр зүүний толгойгоос ДНХ-тэй ижил диаметрийн нарийхан төмөр утсыг авлаа гэж бодоё. Хэр урттай болох бол?

ДНХ-ийн диаметр D=2nm=2×10-6 mm (радиус r = 10-6 mm)

ДНХ молекулын талбай  A = π×r2 = π×(1 nm)2 = π×(10-6 mm)2 = 3.14×10-12 mm2

төмөр утас LW-гийн урт= сүлбээр зүүний толгойн эзэлхүүн(VP) / талбай A

LW = VP/A = 4.19 mm3 / (3.14×10-12 mm2) = 1.33×1012 mm = 1.33×106 km

Экватор(equator)-ын урт =  40,000 km гаруй

k = 1.334×106 km / 40,000 km = 33.3 дахин их

Хэрэв бид ДНХ молекулын зузааны хэмжээний төмөр утсыг 
диаметр нь 2мм болох сүлбээр зүүний толгойгоос авлаа гэж бодоход, тэр урт нь дэлхийг 33 удаа тойрох урт болох нь.

Ийм харьцуулалтууд нь эндээс маш жижиг хэмжээний гайхалтай нягтрал бүхий хадгалах арга нь ямар гайхамшигтай вэ гэдгийг харуулна. Амьд эс доторх олдох мэдээллийн хадгалах арга нь энэ огторгуйд мэдэгдсэн зүйлсээс хамгийн агуу нь юм. Энэ нь өнөө үед IT-ийн салбарт гаргасан шинэ дэвшилтэт технологитэй ч харьцуулашгүй гайхамшигтай технологи юм. Энэ зүйл санамсаргүйгээр байгалиасаа аяндаа бий болох боломжтой байсан болов уу?


авсан : Creation 20(1):6, December 1997