DNA-Computer

DNA-Computer (auch Biocomputer) nutzen die Erbsubstanz Desoxyribonukleinsäure als Rechenmedium. Die vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin kodieren Information ähnlich wie Nullen und Einsen in klassischen Computern, erreichen dabei aber eine enorme Speicherdichte: Ein Gramm DNA kann theoretisch mehrere hundert Petabyte an Daten speichern.

1994 löste der Mathematiker Leonard Adleman mit DNA-Strängen erstmals ein kombinatorisches Problem (das Hamiltonpfad-Problem für sieben Knoten) und begründete damit das Feld. Der Ansatz nutzt die natürliche Parallelverarbeitung: Milliarden von DNA-Strängen reagieren gleichzeitig in einem Reagenzglas und testen so viele Lösungswege parallel.

Enzyme wie Polymerasen, Ligasen und Nukleasen übernehmen dabei die Rolle von Logikgattern. Die Berechnungen laufen allerdings langsam ab (Stunden statt Nanosekunden) und die Fehlerrate ist hoch. Aktuelle Forschung arbeitet an Hybridsystemen, die DNA-Verarbeitung mit konventioneller Elektronik koppeln.

Als Datenspeicher ist DNA vielversprechender als für die Datenverarbeitung: Microsoft und andere Unternehmen erforschen DNA-Speicher für die Langzeitarchivierung. In der Science-Fiction tauchen biologische Computer häufig auf, etwa die Mentaten in Frank Herberts Dune-Universum, wo nach dem Verbot von Denkmaschinen menschliche Gehirne zu Computern ausgebildet werden.

Gerade der DNA-Computer führt vor Augen, dass Rechnen nicht an Silizium gebunden ist. Das Molekül des Lebens speichert Information mit einer Dichte, von der elektronische Speicher nur träumen, und verarbeitet im Reagenzglas Milliarden Möglichkeiten zugleich. Für schnelle Alltagsrechnungen taugt es wegen seiner Langsamkeit und Fehleranfälligkeit kaum, doch als Langzeitarchiv könnte DNA Daten über Jahrtausende bewahren. In der Science-Fiction verschmelzen Biologie und Computer ohnehin oft, etwa bei den Mentaten aus Dune, und der reale DNA-Computer zeigt, dass diese Grenze tatsächlich durchlässig ist.