В компьютерной технике используется множество различных схем для проверки отсутствия ошибок в отдельных порциях информации (сообщение, запись в базе данных, команда на исполнение и т.п.). Они должны обнаруживать в поврежденных данных замену 0 на 1 или 1 на 0. Такие процедуры обычно основаны на добавлении одного или более бит к последовательности данных для индикации ошибки. В простом двоичном тесте четности дополнительный бит показывает, является ли общее число единиц в данной последовательности четным (1) или нечетным (0). Например, в последовательности 1001 0100 общее число "1" - нечетное, поэтому добавочный бит должен быть 1, и новая последовательность будет 1001 0100 1. Если произойдет изменение одного бита, количество "1" больше не будет нечетным и соотношение бит станет неправильным, что и позволит обнаружить ошибку.

Цепочки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) также несут информацию - генетическую - зашифрованную в их химической структуре. Химик Donall A. MacDonail из Ирландии продемонстрировал недавно, что отличительные характеристики химического состава ДНК соответствуют цифровому коду обнаружения ошибок.

Структура ДНК. Sugar-phosphate backbone - углеводно-фосфатный остов, Base pair - пара азотистых оснований, Hydrogen bonds - водородные связи, S - углевод, P - фосфорная кислота

Единичная нить ДНК состоит из цепочки простых молекул, так называемых азотистых оснований, связанных с углеводно-фосфатным остовом. В ДНК присутствуют четыре разновидности оснований: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц), образующие так называемый нуклеотидный алфавит. Отдельная нить ДНК прочно связывается с комплементарной (то есть соответствующей) нитью, при этом Т спаривается с А, а Г - с Ц. Например, участок ДНК, состоящий из последовательности ТАГЦЦ, будет связываться с комплементарной ему последовательностью АТЦГГ в другой цепочке ДНК. Водородные связи между парами оснований ответственны за соединение двух нитей ДНК между собой для формирования характерной двойной спирали ДНК. Аналогичный механизм вступает в действие и при считывании информации, хранящейся в ДНК, с целью синтеза белков или для удвоения информации при делении клетки. Процесс формирования водородных связей между нуклеотидами носит в высшей степени селективный характер. Эти связи формируются между характерными химическими группами, называемыми донорами (атомы водорода) и акцепторами (атомы азота и кислорода).

Если перейти на язык цифр, то оказалось, что донорно-акцепторная характеристика каждого азотистого основания может быть представлена в виде строки из трех бит. Например, если группу со свойствами донора обозначить как 1, а акцептора - 0, то последовательность 100 будет соответствовать Ц, а 011 - Г.

Азотистые основания можно изобразить с помощью гиперкуба, представляющего собой куб в кубе. Позиции оснований определяются их донорно-акцепторными свойствами, в то время как от их пурин-пиримидиновой природы зависит, в каком из кубов они будут находиться (в наружном - пурины, во внутреннем - пиримидины).

В то же время А и Г принадлежат к группе химических соединений, называемых пуринами, а Т и Ц - пиримидинами. Если продолжить перевод химических свойств на цифровой язык и пурины обозначить как 0, а пиримидины как 1, то полный код для Ц будет 100,1, а для Г - 011,0. Всего имеется 16 возможных сочетаний для последовательности из 4-х битов, нуклеотидам же, входящим в состав ДНК, соответствуют только 4 из них. Однако код любого из азотистых оснований, как оказалось, имеет в своем составе четное количество "1". В терминах информатики шифр каждого основания - это кодовое слово, при этом все кодовые слова характеризуются совершенно одинаковой четностью. Код, в котором все кодовые слова имеют одинаковую четность, называется кодом четности и имеет более высокую устойчивость к появлению ошибок. В этом случае нет необходимости добавлять новый бит для индикации ошибки, поскольку сам код способен выполнять функцию их обнаружения.

Таким образом, кажется очевидным, что пурин-пиримидиновая природа азотистых оснований лежит в основе их донорно-акцепторных характеристик как код четности.

Science News 2002, Vol. 162, No. 12

По материалам Science News Online

Г.П.