Pitanje:
Može li se smeća DNA po prirodi koristiti kao Turingov stroj?
John Smith
2011-12-25 06:54:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Na koji je način DNK proučavan kako bi se utvrdilo postoji li "programibilan" aspekt?

Je li priroda stvorila nešto nalik Turingovom stroju u ćeliji, možda koristeći "junk DNA" kao svoj kod? Očekujem da bi put prirode vjerojatno bio vrlo zaokružen i ne zbijen.

NAPOMENA: Ne pitam o izradi DNK računala, kako se nedavno postavilo ovo pitanje.

Kakav bi evolucijski nedostatak dao da ne kodira ni za što? (ne rekavši da nije, jednostavno nisam ljubitelj pitanja * "Priroda je zacijelo mislila na xyz svih ovih godina" *)
Čitava je stanica definitivno dovoljno sposobna da prikaže sve značajke Turingova cjelovitog računala, pa nema razloga zašto se za taj zadatak koristi ncDNA, pogotovo kada dobro funkcionira kao separator i spremnik varijabilnosti.
@nico Da nije kodirao ili regulirao, bilo bi smeće koje ćelije moraju vući sa sobom. Skuplje za replikaciju i održavanje, veći materijalni trošak (samo zato što je duži i treba više materijala), zahtijeva više prostora u ćeliji. Postoje * evolucijski nedostaci posjedovanja velikog, djelomično nefunkcionalnog genoma.
@Konrad:, međutim, mogao bi tvrditi da je naše tijelo sve samo ne učinkovito i da ima puno suvišnih mehanizama. S tim u vezi, poznato je da određene mutacije na ncDNA mogu imati vidljive učinke, pa, kao što sam rekao, možda ima funkciju, i to vjerojatno ima, ali odatle do izgovora da kodira za nekakav Turingov stroj ...
@nico redundancija potrebna je za sustav koji je siguran od kvarova, on pruža izravnu evolucijsku prednost. I dok naša tijela nisu osobito učinkovita u mnogim aspektima koji se ne mogu kontrolirati evolucijom (larinksni živac ...), većina izoliranih sustava pod evolucijskom kontrolom je * visoko * optimizirana. Primjerice, promet energije eukariotske stanice redovi je učinkovitosti učinkovitiji od bilo kojeg motora ili generatora koji su ikad stvorili ljudi (inteligentno dizajnirani).
@Konrad Rudolph: sigurno, ali stanice daleko nisu od 100% učinkovitosti. Zanimljiva knjiga koja dotiče temu kako je naš mozak, na primjer, neučinkovito izgrađen, jest "Slučajni um" Davida J Lindena. Ali odstupam. Moja poanta bila je samo u tome što "Priroda je to morala pomisliti za 4 milijarde godina" NIJE dobar izgovor za pitanje. NISAM rekao da je ncDNA beskorisna.
[Može li se smatrati da je živa (biološka) stanica Turingova cjelovita?] (Https://cs.stackexchange.com/questions/55426/can-one-consider-living-biological-cell-to-be-turing-complete)
šest odgovori:
#1
+12
shigeta
2012-01-03 11:48:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Možda je ovo pitanje ima li regija između gena koja se ponekad naziva i 'smeća DNA' ikakvu funkciju.

U ljudskom genomu, od oko 5 milijardi baza postoji nešto poput 20-30.000 gena koji zauzimaju možda 10-ak milijuna baznih parova, ovisno o tome kako to računate . 1% ukupne ljudske DNA uobičajena je brojka.

Neke od najčešćih primjena intergene DNA u eukariota (bakterije su posve druga tema s vrlo različitim odgovorima.

  • Transkripcijski propis

Izvan kodirajućih sekvenci gena, može postojati opsežan skup veznih mjesta za proteine ​​koji reguliraju gen. U ovom radu na slici 1. proslavljeni regulatorni slijed ENDO16 je može se vidjeti na slici 1. Kao što vidite za almoat 2000 bp, postoje brojna mjesta vezanja za mnoge vrste promotora i inhibitornih čimbenika, kao i čimbenika koji mogu spojiti gen na razne načine.

Koliko se sjećam, ENDO16 uključuje se samo na kratko u razvoju morskog ježa i tako je vrlo strogo kontroliran, što znači da ima puno regulatornih elemenata uzvodno od njega, kontrolirajući transkripciju. Njegov je jedan od najsveobuhvatnije proučavanih gena ikad i vjeruju da ga imaju većina. Drugi ljudski geni koje sam vidio uvidom u medicinsku literaturu vidjeli su 20 tisuća b su neophodni za reprodukciju regulacije gena. Ipak bi sve ovo u najboljem slučaju moglo utrostručiti samo količinu aktivno uključene DNA.

  • Centromere i Telomeri Fiziologija kromosoma ima velike regije, kako Deniz spominje, neophodne su za reprodukciju stanica i razvoj. U životinja (poput ljudi) regije su lišene transkribiranih gena i mogu biti 10-15% duljine genoma (promatram ovo iz preglednika genoma UCSC na chr21 - u nekih organizama poput kvasca centromera može biti samo nekoliko stotinu baznih parova. Dakle, ionako već negdje stižemo!

  • Neprevedeni geni.Mnogo je dijelova DNA koji se mogu kopirati u RNA, a zatim ne funkcioniraju kao predlošci za proteine. neki kažu da ima puno tih stvari. Tipično je gledište da je poznato nekoliko tisuća takvih vrsta zvijeri, a za ljude se smatra da ih trenutno ima oko 1500. Mala prilagodba broja gena, no oni su usprkos tome.

  • Mjesta vezanja i organizacije kromatina Iako su Centromere mjesta na kojima se kromatin veže, nekoliko porodica proteina koji vežu DNA i zamotajte ih u organizirane namotane zavojnice za koje se smatra da su poput kalemova telefonske žice kako bi stvorili Nukleosom što čini Kromosomi izgledaju poput malih štapića koje vidite u udžbenicima. Kromatin može namotati gotovo svaku vrstu DNA, ali čini se da preferira regije na krajevima gena. Mogu ih modificirati enzimima (aciliranim, metiliranim) kako bi modulirali njihov afinitet za neke klase DNA sekvenci. Ovo je vruća tema istraživanja. Sposobnost RNA polimeraze da pronađe transkribirani gen nije dobra ako njegova rana na kromatin i iako nije precizno vezanje poput transkripcijskog faktora, na vezivanje i regulaciju kromatina moraju uvelike utjecati promjene udaljenost između gena i sekvenci DNA koje okružuju gen za tisuće baznih parova, što je jedna od glavnih razlika između vrsta.

Od svih bioloških sustava (barem ja ih znam) ovaj čini najveći dio DNK sekvence i vjerojatno je jednako povezan s razlikom između različitih vrsta kao i transkripcijski čimbenici i gotovo je sigurno stariji sustav regulacije gena, ako ti razmisli o tome.

  • Kopiranje varijacija broja i ponavljajuće regije samo su popratna napomena, ali male i vrlo duge sekvence ponavljanja mogu se pojaviti u međugenim regijama, kao i unutar genske granice, kako bi se uzele u obzir neke razlike između pojedinaca . mogu biti prilično kratki ili prilično dugi.

Pa, nadam se da ovo pomaže?

Samo da budemo precizniji, oko 1,5% ljudskog genoma kodira DNA (Nature 409, 860-921 (15. veljače 2001.))
vau - hvala na izglasavanju nagrade. Želio bih dodati da bi matematički Turingov stroj uključivao upotrebu DNK kao memorije i sekvenci na velikim udaljenostima koji sustavno utječu jedni na druge. kromatin se nekako ponaša ovako, ali analogija se proteže ...
upravo sam pronašao ovaj lijepi post na blogu s nekoliko vrućih poveznica na temu "Neželjena DNK" i kako se nedavno proučava. http://phylogenomics.blogspot.com/2011/06/selfish-dna-symbionts-and-parasites.html
#2
+8
Deniz
2012-01-02 19:56:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ovisi o tome što mislite pod pojmom "nekodiranje".

Postoje strukturni elementi u telomerima & centromeres - iako DNA tamo ne kodira proteine, to doprinosi trodimenzionalnoj strukturi kromosom.

"Nekodirajuća" DNA također može djelovati kao vezni supstrat za mnoge proteine: transkripcijske čimbenike, pojačivače, histonske proteine; a time i posredno kontrolirati regulaciju putem tih posrednika.

Područja promotora uzvodno od prepisanih / prevedenih područja kombinacijski su upravljački prekidači / brojčanici našeg genoma i imaju ogromnu regulatornu važnost.

Nekodirajuća DNA djeluje i kao repertoar mobilne DNA elementi, koji omogućuju brzu evoluciju / "plastičnost" kopiranjem &pasting egzona oko (L1 transdukcije) ili kopiranjem u kodirajuća područja & prekidajući ih.

I na kraju, mogu djelovati kao pješčanik evolucije: Nekodirajuće regije koje nisu genetski povezane s funkcionalnim regijama vrlo vjerojatno neće patiti od pročišćavanja selekcije, pa mogu djelovati kao predlošci slučajnog razvoja - gdje velika većina mutacija neće imati pozitivan ili negativan utjecaj. To omogućuje istraživanje potpuno novih kombinacija, koje tada mogu postati novi exons / miRNA / regulatorna područja ili se preusmjeriti u druga područja kako bi se omogućila nova funkcionalnost.

Možda biste željeli proširiti točku "pješčanika evolucije" =)
@Rory Dobra poanta, bit će dobro.
#3
+6
KAM
2012-01-02 19:05:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pod programirljivošću, pretpostavljam da mislite da ona sadrži informacije ili se može mijenjati kao odgovor na neki ulaz ili poticaj. Odgovor je "ne" za oboje. Pa, nekako.

Sadrži li nekodirajuća DNA informacije? Po definiciji, br. Vjerojatno postoje mnoga područja genoma koja nemaju podataka, tek će se kasnije naći introni, regulatorni elementi poput pojačivača, granični element, MAR / SAR, ciljna mjesta itd. Čak i funkcionalni testovi (poput uklanjanja regija) možda neće otkriti ništa jer bi učinci mogli biti manji ili vidljivi samo pod posebnim uvjetima. Ali vjerojatno, ako uklonite regiju i ona ima učinak na organizam, to zapravo nije nekodirajuća DNA, već samo niste vidjeli kodiranje.

Što se tiče potonjeg, promijenilo se, odgovor je opet "ne" ili barem "očito nije". Intergena područja (ona područja DNA koja ne sadrže očigledna ili karakterizirana prepisana područja ili njihove kontrolne elemente) vrlo su stabilna između organizama, pa čak i između vrsta. Čini se da imaju stopu mutacije koja se očekuje zbog toga što nemaju informacije, pa su stoga slobodni polako mutirati bez da ih se pomete. Ne postoje dokazi (koliko mi je poznato) da je bilo koja regija genoma namjerno promijenjena, osim nekolicine specifičnih gena čija je regulacija kontrolirana odvajanjem DNA ili nekim sličnim.

Možda propuštam vaše pitanje, jer ste biolog i zapravo ne znate što je "Turingov stroj". Ako sam pogrešno razumio, pojasnite.

Trenutno nemam referencu, ali mutacije u uvodima mogu, na primjer, utjecati na spajanje.
Nico, to nije potrebno. Dobro mi je poznato da mutacije u intronima mogu utjecati na spajanje (kao i na ekspresiju ako gen ima elemente za pojačavanje intronika). Međutim, govorio sam o mutacijama izvan prepisanih regija. Dio problema s pitanjem je proricanje što on ili ona podrazumijeva pod "nekodirajućom DNA".
Naravno, moj je bio samo primjer
Nekodirajuća DNA @KAM sadrži informacije, ali jednostavno ne kodira proteinske sekvence.
@Gergana Vandova, u redu. Pretpostavljam da je to razlika u definiciji. Ako definirate "kodiranje" kao otvorene okvire za čitanje, u pravu ste. Na "kodiranje" gledam kao na korisne informacije. Sve u svemu, mislim da je to nejasan pojam. Čuo sam kako neki opisuju rRNA kao kodiranje, jer oni kodiraju strukturne informacije. To je semantički argument.
@KAM Mislim da je ovo uobičajena definicija nekodirajuće DNA. Pokušao sam pronaći referencu, ali nisam uspio pronaći nijednu osim wikipedije i nekih rječnika. Bilo bi lijepo da ljudi ne troše vrijeme pokušavajući zaključiti što je pitalac mislio ....
#4
+6
peri4n
2012-01-04 15:55:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Iznenađen sam da nitko nije spomenuo područje računalstva DNA. Leonard Adleman i Richard Lipton dokazuju da možete računati s molekulama DNA.

U članku Adlemana oni predstavljaju eksperiment za rješavanje slučaja problema putujućeg prodavača. Budući da je ovaj problem u NP, može se reći da je DNA kompletno turing.

Adlemanov članak

Za dublje razumijevanje pogledajte

-1: a) DNK se može koristiti za izračunavanje, ali stanica to prirodno ne čini. b) od specifičnih sekvenci DNA / RNA traži se da rade izračunavanja na bazi nukleinske kiseline, koja nisu nužno prisutna prirodno i / ili nisu nužno u ncDNA. c) aparat potreban za to, a ne samo da se temelji na DNK, potrebni su specifični enzimi, dodani u određenim sekvencama.
Ne vidim rečenicu u pitanju u kojoj se spominju vaša ograničenja. Možeš li mi pomoći?
oprostite, nisam primijetio da je netko uredio pitanje, još uvijek sam razmišljao o prvoj verziji istog, tako da se moj komentar zapravo više ne odnosi. Međutim, sustav mi ne dopušta da sada uklonim -1, molim vas uredite svoj odgovor kako bih mogao promijeniti svoj glas.
#5
+4
dsign
2012-01-03 23:51:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Priroda je prilično dobro prošla u temi formalnog izračunavanja. Toliko da još uvijek pokušavamo zadržati njegov tempo.

Što se tiče vašeg pitanja, to ovisi o vašoj definiciji "nekodirajuće DNA".

Općenito, DNA je zajedno sa strojevima koji su zaduženi za njezino održavanje Turing-cjelovit u nekoliko smisla. Pogledajte, na primjer, postojanje mobilnih genetskih elemenata: neki od njih su "potprogrami" koji kodiraju reverzne transkriptaze, a koji su pak sposobni reproducirati izvorni program. Moram napomenuti da za to s Turingovim potpunim formalizmom poput lambda-računa, morate napraviti prilično dug i složen program: http://crpit.com/confpapers/CRPITV26Larkin.pdf. A lambda račun je "lakši" od golih Turingovih strojeva, što znači da za istu stvar možete pisati kraće programe nego kod Turingovih strojeva. Dakle, moj (nekako promišljen) argument je da je svaki stvarni informacijski stroj sposoban za samokopiranje s velikom vjerojatnošću ekvivalentan Turingovom stroju.

Jednostavno se dogodi da je bitna značajka mobilnih genetskih elemenata osigurati njihov opstanak, pa je to vjerojatno razlog što nismo pronašli fragment DNK koji može učiniti nešto tako zanimljivo poput izračuna kvadratnog korijena.

Ako se pozivate na dio DNK koji uopće ne može ništa, za razgovor o Turingovim strojevima i računanju potreban vam je način na koji se neki "podaci" mogu "protumačiti" kao program. Potpuno inertan komad DNA ne ispunjava tu ulogu, prema definiciji.

Nažalost, trivijalno se može pokazati da samo-replikacija nije dovoljna da bi Turing bio potpun (zamislite programski jezik "Rep" koji ima jednu naredbu, "rep", koja ispisuje "rep"; jasno da ovaj jezik omogućuje pisanje sebe - repliciranje programa i očito nije Turingov cjelovit).
@Rudolph: to sam mislio pod pojmom "promišljen". Dakle, to nije formalni dokaz, a morat ćete obaviti još neki posao da biste ga imali. Međutim, iznenadilo bi me da stroj složeniji od svega što smo izmislili (uključujući naša voljena računala) ne bi bio Turingov cjelovit.
Problem nije u tome što je dokaz promišljen, već u tome što je dokaz nemoguć jer je tvrdnja dokazivo pogrešna. Slažem se s konkretnijom točkom da su stanice posebno Turingovim kompletnim - ali nisu svi automati za automatsko kopiranje informacija.
@Rudolph: Slažem se, moja greška.
#6
+1
Alexander Galkin
2012-01-05 19:16:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dopustite mi da odgovorim na vaše pitanje podijelivši ga na dva dijela:

Može li se DNA koristiti kao programabilni medij (= opseg) za Turingov stroj?

Odgovor je DA.

Polazeći od razbijanja rada Shapiro i sur. u Natureu, nakon čega slijedi još jedan sjajan članak Parkera, postoji mnogo znanstvenih publikacija o tome kako koristiti DNA za računanje. Nažalost, ovi nalazi još uvijek nisu primjenjivi na klasična izračunavanja i DNK računala teško da će zamijeniti normalna u najbližoj budućnosti.

Može li smeća DNK raditi kao Turingov stroj?

U računalnim znanostima poznat je princip pod nazivom "Junk In, Junk Out". Isto je i u slučaju DNA - postoji način da se neiskorištena DNA koristi za računanje, ali rezultat izračuna uglavnom će biti i smeće: sve dok ne znamo čemu služi ova DNK, a to ne čini se da djeluje kao Turingov stroj samostalno, teško je dobiti nešto razumno pokretanjem ove DNK na torinskom stroju ...

"Smeće" ovdje ima određeno značenje. I usput, obično piše "Smeće unutra, smeće van"
Hvala vam. Svjestan sam što znači "bezvrijedna DNK", samo sam se htio malo poigrati s riječju kako bih svoju poantu učinio jasnijom.
Moje pitanje nije bilo toliko korištenje trake DNK umjesto papira za stroj za turing. To nije baš zanimljivo. Pitam da li priroda već ima računalne strojeve u ćeliji, što bi moglo pomoći objasniti neke od nekodirajućih DNA
Vidim. Tada sam pogrešno razumio vaše pitanje. Možda ga pokušate preoblikovati kako biste razjasnili svoju poantu, jer su to možda shvatili i drugi odgovornici.
Razumljivo ste pogrešno razumjeli pitanje jer je neki moron oteo moje pitanje i promijenio ga u nešto sasvim drugo. Ako pogledate komentare ispod pitanja i visoko ocijenjene odgovore, vidite da oni raspravljaju o mom izvornom pitanju, a ne o onome koje ste vidjeli. Pokušao sam to urediti natrag na ono što sam tražio.
Doista, primijetio sam neusklađenost pitanja i komentara, ali mislio sam da je to zato što je pitanje poboljšano kao odgovor na komentare. Sada je to mnogo jasnije, hvala na vašem trudu!


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...