اگر کسی چند سال پیش میگفت «دانشمندان میخواهند باکتری را به ترانزیستور تبدیل کنند»، احتمالاً بیشتر شبیه یک ایده علمیتخیلی به نظر میرسید. اما حالا این اتفاق در یک آزمایشگاه رخ داده است.
پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست، MIT، با مهندسی ژنتیکی باکتریها توانستهاند سلولهایی بسازند که مانند اجزای یک مدار منطقی عمل میکنند. آنها سپس این سلولها را در کنار یکدیگر قرار دادهاند تا مدارهایی بسازند که میتوانند محاسبات مختلفی انجام دهند. نتایج این پژوهش در 17 اوت 2026 در مجله Nature Chemical Biology منتشر شده است.
اما یک سؤال مهم وجود دارد: چطور یک موجود زنده میتواند نقش ترانزیستور را بازی کند؟
اول از همه؛ ترانزیستور چیست؟
ترانزیستور یکی از بنیادیترین اجزای دنیای الکترونیک است.
در سادهترین توضیح، ترانزیستور میتواند مانند یک کلید بسیار کوچک عمل کند؛ یعنی در شرایطی اجازه عبور سیگنال را بدهد و در شرایط دیگر آن را متوقف کند. میلیاردها ترانزیستور در تراشههای مدرن کنار یکدیگر قرار میگیرند و از ترکیب آنها مدارهایی ساخته میشود که محاسبات پیچیده را انجام میدهند. کاری که پژوهشگران MIT انجام دادهاند این نیست که یک ترانزیستور سیلیکونی را داخل باکتری قرار دهند. آنها کاری بسیار متفاوت انجام دادهاند:
خود سلول باکتری را طوری مهندسی کردهاند که رفتاری شبیه ترانزیستور داشته باشد.
- 5 سیستمعامل کوچک که فقط یک وظیفه دارند
- چرا خرید حافظه SSD ارزانقیمت میتواند اشتباه بزرگی باشد؟
- نگاهی به فناوری محافظت از اطلاعات کاربران در مراکز داده
باکتری چگونه تبدیل به ترانزیستور میشود؟
پژوهشگران از باکتری Pantoea agglomerans استفاده کردند؛ نوعی باکتری که میتواند روی سطوح، از جمله گیاهان، رشد کند. آنها دو نوع سلول باکتریایی طراحی کردند که میتوانند در پاسخ به مولکولهای خاص، وضعیت خود را تغییر دهند. یک نوع در حضور مولکول مشخصی فعال میشود و نوع دیگر در همان شرایط غیرفعال میشود.
سپس این سلولها میتوانند بر اساس وجود یا نبود مولکولهای دیگر، یک سیگنال شیمیایی تولید کنند. در مدار الکترونیکی، اطلاعات با جریان الکتریکی جابهجا میشود؛ در این مدار زنده، اطلاعات با مولکولهای شیمیایی از یک سلول به سلول دیگر منتقل میشود.
بنابراین اگر بخواهیم خیلی ساده بیان کنیم:
در کامپیوتر معمولی، ترانزیستورها با سیگنالهای الکتریکی کار میکنند؛ در این کامپیوتر زنده، سلولها با سیگنالهای مولکولی با یکدیگر ارتباط دارند.
اما یک باکتری بهتنهایی کامپیوتر نیست
اینجا قسمت جالب آزمایش آغاز میشود.
پژوهشگران فقط یک باکتری را تغییر ندادهاند و انتظار نداشتهاند که همان یک سلول همه کارها را انجام دهد. آنها دو نوع ترانزیستور باکتریایی و سه نوع باکتری واسطه یا Relay ساختهاند. این پنج نوع سلول را میتوان مانند قطعات مختلف یک مدار در کنار یکدیگر قرار داد. هر سلول وظیفه مشخصی دارد و سیگنال تولیدشده توسط یک بخش میتواند به بخش بعدی منتقل شود.
این روش یک مزیت مهم دارد:
برای ساخت مدار جدید، الزاماً لازم نیست باکتریها را دوباره از نظر ژنتیکی تغییر دهند. میتوان با تغییر نحوه قرار گرفتن کلونیهای باکتری، مدار متفاوتی ساخت. یعنی نوعی مدار قابل پیکربندی داریم که اجزای آن زندهاند.
مدار را واقعاً روی یک سطح چاپ کردند
این قسمت شاید از خود باکتری ترانزیستوری هم عجیبتر باشد.
پژوهشگران کلونیهای باکتری را روی صفحات حاوی آگار، یعنی محیطی که باکتری میتواند روی آن رشد کند، چاپ کردند. کلونیها در فاصله مشخصی از یکدیگر قرار گرفتند تا سیگنالهای شیمیایی بتوانند از یک کلونی به کلونی بعدی منتقل شوند. به این ترتیب، چیزی شبیه یک برد مدار زنده روی یک صفحه رشد ایجاد شد. حتی میتوان با تغییر الگوی قرار گرفتن باکتریها، عملکرد مدار را تغییر داد.
در واقع، به جای اینکه مسیرهای مسی روی یک برد الکترونیکی چاپ شوند، اینجا کلونیهای زنده باکتریایی نقش اجزای مدار را بازی میکنند.
این باکتریها واقعاً میتوانند محاسبه کنند؟
بله.
پژوهشگران چند نوع مدار منطقی را آزمایش کردند؛ از جمله مدارهای چندورودی، مدارهای OR و مدارهایی که میتوانند اطلاعات را به مسیرهای مختلف هدایت کنند. آنها همچنین توانستند مدارهای نیمجمعکننده و تمامجمعکننده بسازند؛ یعنی مدارهایی که میتوانند برای انجام عملیات جمع دودویی استفاده شوند.
بزرگترین مدار آزمایششده شامل 24 کلونی باکتری بود و میتوانست دو ورودی را با یکدیگر جمع کند. بنابراین عبارت «باکتریها محاسبه میکنند» فقط یک استعاره نیست؛ آنها واقعاً یک سیستم زیستی ساختهاند که میتواند عملیات منطقی مشخصی انجام دهد.
- آموزش تست سلامت کارت گرافیک دستدوم فقط در 5 دقیقه
- ارتباط در تاریکی دیجیتال: چگونه در زمان قطعی اینترنت با یکدیگر در تماس باشیم؟
پس چرا از کامپیوتر معمولی استفاده نمیکنند؟
چون هدف این پژوهش ساختن کامپیوتر سریعتر نیست.
اتفاقاً این مدارهای باکتریایی بسیار کند هستند. هر محاسبه در سیستم آزمایششده تقریباً هشت ساعت زمان میبرد. یک کامپیوتر معمولی میتواند همان نوع عملیات را تقریباً بهصورت آنی انجام دهد.
پس اگر قرار باشد یک بازی، مرورگر یا برنامه ویرایش عکس را اجرا کنیم، این فناوری هیچ مزیتی نسبت به لپتاپ یا گوشی ندارد.
پژوهشگران MIT نیز دقیقاً همین نکته را مطرح کردهاند: هدف آنها جایگزین کردن کامپیوترهای معمولی نیست؛ بلکه میخواهند توانایی محاسبه را وارد سیستمهای زیستی کنند.
کامپیوتری که میتواند روی گیاه زندگی کند
تصور کنید یک سیستم محاسباتی لازم نباشد روی میز، داخل یک کیس یا در یک مرکز داده قرار داشته باشد.
فرض کنید بتوان آن را روی ریشه یا برگ یک گیاه قرار داد. این همان مسیری است که پژوهشگران برای آینده این فناوری تصور میکنند.
مثلاً مجموعهای از باکتریهای مهندسیشده میتوانند چند نشانه محیطی را دریافت کنند. اگر شرایط نشان دهد که گیاه دچار خشکی یا حمله آفت شده است، مدار زیستی میتواند این اطلاعات را پردازش کند و در نهایت یک واکنش مشخص را فعال کند. یکی از ایدههای مطرحشده، تحریک تولید مادهای مانند قارچکش در پاسخ به یک وضعیت خاص است. در چنین کاربردی، هشت ساعت برای یک محاسبه شاید اصلاً زمان زیادی نباشد. اگر یک گیاه طی چند روز یا چند هفته در معرض یک مشکل محیطی قرار داشته باشد، لازم نیست سیستم آن را در چند میلیثانیه تشخیص دهد.
تفاوت بزرگ با کامپیوترهای امروزی
کامپیوتر معمولی اطلاعات را دریافت میکند، پردازش میکند و خروجی میدهد. اما یک سیستم زیستی میتواند همزمان بخشی از محیط خودش باشد. این تفاوت بسیار مهم است.
یک مدار الکترونیکی را باید به حسگر متصل کنیم تا بتواند وضعیت یک گیاه را تشخیص دهد. اما اگر مدار از سلولهای زنده ساخته شده باشد، خود سلول میتواند با محیط شیمیایی اطرافش تعامل داشته باشد.
در نتیجه، پژوهشگران در واقع فقط یک «کامپیوتر عجیب» نساختهاند؛ آنها در حال بررسی راهی هستند که محاسبه، حس کردن محیط و واکنش زیستی را در یک سیستم واحد ترکیب کند.
آیا آینده کامپیوترها زنده خواهد بود؟
فعلاً بسیار زود است که چنین نتیجهای بگیریم. این فناوری هنوز آزمایشگاهی است، بسیار کندتر از مدارهای الکترونیکی عمل میکند و برای استفاده عملی گسترده به تحقیقات زیادی نیاز دارد.
اما نتیجه این پژوهش یک ایده بسیار مهم را نشان میدهد:
برای انجام محاسبه الزاماً مجبور نیستیم همیشه از سیلیکون و برق استفاده کنیم. میتوان از مولکولها، سلولها و حتی موجودات زنده برای ساخت سیستمهایی استفاده کرد که اطلاعات را دریافت و پردازش کنند. و شاید عجیبترین بخش داستان این باشد که این «کامپیوتر زنده» قرار نیست روی میز کار ما بنشیند.
ممکن است کاربرد واقعی آن روزی جایی باشد که اصلاً انتظار نداریم:
روی یک برگ، کنار ریشه یک گیاه یا درون یک سیستم زنده.
شاید در آینده وقتی میگوییم «کامپیوتر»، دیگر فقط به دستگاهی با تراشه و صفحهنمایش فکر نکنیم؛ شاید بعضی کامپیوترها رشد کنند، با محیط ارتباط برقرار کنند و حتی زنده باشند.
