浅谈计算机技术与生物技术在应用中的相互作用.doc

浅谈计算机技术与生物技术在应用中的相互作用摘 要 本文就论述了生物技术和计算机技术的出现、发展以及两种技术在各自发展过程中的相互渗透和相互作用。通过两个学科在另一个学科内的作用和应用来阐明其未来的发展方向，这对于计算机技术和生物技术的发展具有重要意义。关键词 计算机技术；生物技术；相互作用；神经网络 计算机技术和生物技术已经发展到了繁盛时期，经过科研工作者多年的努力，把生物技术和计算机技术进行很好的融合，从而得到了许多新的思维方法和技术成果，现在就对计算机技术起源和具有生物技术特征的计算机技术的基本概念和思想进行阐述。1 计算机技术的起源及基本概念计算机技术是以1946年在美国费城的宾夕法尼亚大学工程师们成功的研制出了第一台计算机为标志出现的。1)生物测定学生物测定学是利用每个人的唯一生物特征或者行为的特征，并且综合了人机交互、图像处理与模式识别、计算机图形学等技术，对人进行自动的识别和验证的一门学科。2)神经网络神经网络由被叫做神经元的处理单元组成。它们通过单向信号通道完全连接起来。每个神经元可以从许多来源去获取数据，却只能在个方向上去发送数据。一个输出连接可以分支出许多个其它德连接，但是每个连接要去运载回样的信号。每个输入信号都乘以相应的一个加权系数，这就与脑子的突触力有些相似。然后，所有加权输入加起来，来确定激活该神经元的电平，这便是神经网络模型。3)DNA计算机DNA计算机的基本原理是：DNA分子中的密码作为存储的数据，当DNA分子间在某种酶的作用下瞬间完成某种生物化学反应时，可以从种基因代码变为另种基因代码。如果将反应前的基因代码作为输入数据，那么反应后的基因代码就可作为运算结果。这样，通过对DNA双螺旋进行丰富的精确可控的化学反应，包括标记、扩增或者破坏原有链来完成各种不同的运算过程，就可能研制成种以DNA作为芯片的新型计算机。4)分子计算机生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物分子就是一个微处理器，分子运动中以可预测的方式来进行状态的变化，它的原理类似于计算机逻辑开关， 以此来对算机进行设计，这是非常奇妙的设想，单个分子以等同于晶体管和二极管及微电路中其它元件的方式来工作，可以进行传导、来改变电流，也可以去存储信息。2 生物技术的起源及基本概念生物技术是一门新兴的综合学科。它以生命科学为基础，应用先进的科学原理以及工程技术手段对生物材料进行加工，为人类生制造出所需要的产品或者达到某种目的。这项新兴技术是由古老的低技术发展来的，经历了以厌氧微生物发酵为主的初始阶段，自从20世纪70年代末，生物技术才有了质的飞跃，进入了广泛实用的研究阶段。遗传工程是将遗传学与工程学相结合的一项生物技术，就是用工程设计的方法，把生物体上取出的有关的遗传物质进行人工的加工制造，创造出新物种和生物产品，这一整套新技术就称为遗传工程。广义的遗传工程是指在细胞水平、分子水平和亚细胞水平上，对生物的遗传性状进行重组或改造。它包括染色体工程、细胞工程、基因工程和细胞质工程。狭义的遗传工程是指基因工程，因基因工程是遗传工程主体。基因工程是指在分子水平上，在生物体外用人工的方法将一种生物的遗传物质与另外一种生物的遗传物质进行重新组合成为一体，这种人为的进行遗传物质的重组，便是基因操作得DNA重组。不可否认，生物技术发展到今天的水平，计算机技术提供了有力的支持。3 计算机在生物技术中的应用在方兴未艾的生物技术世界里，信息技术将会用于对遗传物质的分离、组织、下载、编辑、翻译和编程等方面。同时，基因也是生物存在的化身，其中储存的丰富遗传指令会帮助生物对其整个生命旅程进行调节。计算机技术和基因一起形成了一个新的强大结合体。在未来岁月里，人类会越来越多使用计算机来处理、来重新调整和去组织生命世界大量的遗传信息。计算机把信息以一种具有革命性的方法进行组织，来成为一种管理基因、细胞、器官、生物乃至生态圈之间流动和相互作用的理想工具。计算机管理的信息在软件作用下在计算机屏幕上闪现，其动态、容易编辑、可重新组和和短暂易逝等特点与基因动态本质有很多的共性，基因在编写生命的过程中也不断地被开启或者关闭。计算机的组织方式，例如并行计算，就与生命系统是相似性的，在生命的维持过程中，每一部分都是不断自我调节和更新的动态网络。有时，你必须将信息科学与分子生物学两个领域看作一个非常复杂的信息处理系统”。计算机在生物方面的应用主要体现在计算机在基因作图和DNA测序中的应用；计算机在管理基因数据和破译遗传密码方面的应用；计算机在创造生物虚拟环境方面的应用。4 生物技术在计算机技术发展中的作用生物信息学突然的出现并不令人感到惊奇。到现在位置，已经有很多如比尔盖茨等有战略眼光的大商人已经把眼光放在了这个新兴的领域方面。在当今世界，生物技术在计算机技术的发展中已经具有了不可替代的作用，促进了一大批新技术的出现，其主要作用表现在以下方面：1)DNA芯片的出现DNA芯片是用光刻法来制备的，使用同样的技术来制备计算机的微处理器。正像微处理器一样，DNA芯片富含的信息在日益增加。Affymetrix公司1994年的第一块DNA芯片原型上有20000个DNA探针，今天他们的DNA芯片具有40万个以上个探针。2)DNA计算机的工作原理及设想信息科学与生命科学整合的最终产物会是“DNA”计算机”的出现，该计算机不是用硅的而是用DNA链做成的可以思考的机器，科学家已经设计了第一台DNA计算机。大量的计算机科学家和分子生物学家都预测到，在进入生物技术世界不久，大量的计算将都通过DNA进行，而不是在微芯片的集成电路上去进行。DNA计算机处理信息的能力会大大的超过任何已有的先进的巨型计算机。许多传统计算机是按顺序进行计算的，每次仅能处理一个事件。与这种处理方式不同，DNA计算机能够进行大规模的并行计算，理论上可同时处理1017个事件，这是十分庞大的，其他计算机无法比拟的。3)DNA计算机的出现在2001年11月29日，以色列的科学家向全世界推出了由酶分子和DNA分子构成的DNA计算机，该计算机每秒可进行10亿次运算，而一万个这样的计算机仅有一滴水那么大。4)计算机正向神经网络的方向发展神经网络是一种利用计算机模仿生物神经网络的处理系统。其内涵是，它为一套计算系统，使用了大量的简单的相连人工神经元来进行生物神经网络的模拟，就像生物神经元对外界刺激的接收、处