https://frosthead.com

האם האבולוציה יכולה ליצור את הדור הבא של שבבי מחשב?

בשנת 1965, מייסד שותף אינטל, גורדון מור, עשה חיזוי לגבי מחשוב שהתקיימה עד היום. החוק של מור, כידוע, חזה שמספר הטרנזיסטורים שנוכל לדחוס למעגל - ובכך, מהירות העיבוד האפקטיבית של המחשבים שלנו - יוכפל בערך כל שנתיים. ראוי לציון, כלל זה היה מדויק כמעט 50 שנה, אולם מרבית המומחים צופים כי צמיחה זו תאט עד סוף העשור.

אולם ביום מן הימים, גישה חדשה וקיצונית ליצירת מוליכים למחצה סיליקון עשויה לאפשר את קצב זה להמשיך - ואף יכולה להאיץ אותו. כמפורט במחקר שפורסם בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences, צוות חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ובמקומות אחרים, רתמו את תהליך ההתפתחות לייצור אנזימים היוצרים מבני מוליכים למחצה חדשים.

בראיון אמר דניאל מורס, פרופסור אמריטוס ב- UCSB וסופר משותף של המחקר, "זה כמו סלקציה טבעית, אבל הנה, זו בחירה מלאכותית." אחרי שלקחנו אנזים שנמצא בספוגים ימיים ומוטע אותו לצורות רבות ומגוונות, "בחרנו את זה במיליון דנ"א מוטנטים המסוגלים ליצור מוליך למחצה."

במחקר קודם, מורס וחברי צוות המחקר גילו סיליקטטין - אנזים טבעי ששימש את הספוגים הימיים לבניית שלדי הסיליקה שלהם. המינרל, כפי שהוא קורה, משמש גם כאבן הבניין של שבבי מחשב מוליכים למחצה. "אחר כך שאלנו את השאלה - האם נוכל להנדס גנטית את מבנה האנזים כדי לאפשר ייצור מינרלים ומוליכים למחצה אחרים שאינם בדרך כלל מיוצרים על ידי אורגניזמים חיים?", אמר מורס.

כדי לאפשר זאת, החוקרים בודדו ועשו עותקים רבים של החלק של ה- DNA של הספוג שמקודד לסיליקטין, ואז הציגו במכוון מיליוני מוטציות שונות ב- DNA. במקרה, חלק מאלה עלולים להוביל לצורות מוטציות של סיליקטין שייצרו מוליכים למחצה שונים, ולא סיליקה - תהליך שמשקף בחירה טבעית, גם אם בסולם זמן קצר בהרבה, ומונחה על ידי בחירה אנושית ולא הישרדותם של החזקים ביותר .

האנזים המקורי נלקח מספוגים ימיים המשתמשים בו לייצור שלדי סיליקה שלהם. האנזים המקורי נלקח מספוגים ימיים המשתמשים בו לייצור שלדי סיליקה שלהם. (תמונה באמצעות ויקימדיה Commons / האנס גרובה)

כדי להבין אילו צורות מוטציות של ה- DNA של הסיליקטין יובילו למוליכים למחצה הרצויים, היה צורך לבטא את ה- DNA דרך המכונות המולקולריות של התא. "הבעיה הייתה שלמרות שהסיליקה אינה מזיקה יחסית לתאים חיים, חלק מהמוליכים למחצה שאנו רוצים לייצר יהיו רעילים", אמר מורס. "כך שלא יכולנו להשתמש בתאים חיים - היינו צריכים להשתמש בפונדקאית סינתטית לתאים." כתחליף מלאכותי לתאים, הצוות השתמש בבועות מים קטנטנות שנוצרו סביב חרוזי פלסטיק. צורה שונה של ה- DNA של הספוג הימי הייתה מחוברת לכל אחת ממיליוני החרוזים, והכימיקלים הנחוצים כדי שה- DNA יבוא לידי ביטוי כאנזים נכללו במים.

בשלב הבא, "תאי" חרוז הפלסטיק היו עטופים בשמן, אשר שימש כממברנה של תאים מלאכותיים. לאחר מכן הוכנסו החרוזים לתמיסה שכללה את הכימיקלים (סיליקון וטיטניום) הדרושים לאנזימים המוטנטים כדי להתחיל לבנות מינרלים מוליכים למחצה בצד החיצוני של החרוזים.

לאחר שהתיר לאנזימים זמן רב לבצע את עבודת ייצור המינרלים, הועברו החרוזים דרך קרן לייזר, לצד חיישן שגילה אוטומטית כאשר עבר אחד משני המוליכים למחצה הרצוי (דו תחמוצת סיליקון או דו תחמוצת טיטניום). לאחר מכן, החרוזים המוצלחים - אלה שהיו להם מוליכים למחצה המצטברים מבחוץ - נפרצו כך שניתן היה לבודד את ה- DNA המוטנטי ולאשר את השפעתו.

כיום משתמשים בצורות שונות של דו תחמוצת סיליקון בייצור שבבי מחשב ואילו טיטניום דו חמצני משמש בייצור תאים סולאריים. ייצור חומרים כמו אלה באמצעות אנזימים ביולוגיים והתפתחות מכוונת הוא הראשון.

אמנם זה בהחלט לא אומר שלחוקרים היו תאים שהוציאו שבבי מחשב, אך זה מצביע על שיטה חדשה ליצירת מוליכים למחצה. המוליכים למחצה שנעשו על ידי האנזימים המוטנטים בניסוי, אמר מורס, "מעולם לא יוצרו בטבע, ומעולם לא הופקו על ידי אנזים, אך הם משמשים כיום בתעשייה לכל מיני סוגים של תקשורת ועיבוד מידע. "כמה שנים בהמשך הדרך צורות חדשות ומיוחדות של מוליכים למחצה המיוצרים בשיטה זו עלולות אפילו למלא תפקיד בהבטחת התחזית של גורדון מור.

האם האבולוציה יכולה ליצור את הדור הבא של שבבי מחשב?