கணித சிக்கல்களை தீர்க்கும் பாக்டீரியா
– சயந்தன் தத்தா
தமிழில்: மோசஸ் பிரபு
கொல்கத்தாவில் மேக்நாத் சாஹா என்ற விஞ்ஞானியின் பெயரில் 1949 ஆம் ஆண்டு முதல் “சாஹா அணு இயற்பியல் ஆராய்ச்சி நிறுவனம்” செயல்பட்டு வருகிறது. இதில் பணியாற்றும் பேராசிரியரும் செயற்கை உயிரியல் (SYNTHETIC BIOLOGIST) ஆய்வாளருமான சங்க்ராம் பாக் என்பவர் நுண்ணறிவு மிக்க பாக்டீரியாவை உருவாக்குவது என்ற அசாதாரணமான இலக்கைக் கொண்டு செயல்பட்டுள்ளார். பாக்டீரியாக்கள் பொதுவாக ஒற்றை செல் கொண்டதாக இருந்தாலும் மிகவும் உணர்திறன் மிக்கவை சூழலுக்கு ஏற்றார்போல் தகவமைத்துக்கொள்ளும் பண்பு உள்ளவையாகவும் இருக்கும். டால்பின்கள், சிம்பன்ஸிகள், ஆக்டோபஸ்கள், காகங்கள் மற்றும் மனிதர்கள் உட்பட பல உயிரினங்களை நுண்ணறிவு மிக்க உயிரினங்கள் என அழைப்பார்கள். மறுபுறம் மூளையுடன் இருக்கும் பில்லியன் கணக்கான சிறப்பு செல்களை கொண்டிருக்கும் பல செல் உயிரினங்களை நியூரான்கள் என்று அழைப்பார்கள்.
ஒரு எண் பகா எண்ணா..? (prime number) இல்லையா என்பதையும் மற்றும் கொடுக்கப்பட்ட ஒரு எழுத்து உயிரெழுத்தா இல்லையா என்பதையும் தீர்மானித்து சொல்லக்கூடிய நுண்ணறிவை பெற்றிருக்கிறது இந்த பாக்டிரியா. இந்த பாக்டிரியாவை பாக் தனது ஆய்வகத்தில் செயற்கையாக உருவாக்கியிருக்கிறார் என்பது ஒரு திருப்புமுனையாகும். இந்த செயலை இதுநாள் வரை “மனிதர்கள் அல்லது கணினிகளால் மட்டுமே செய்ய முடிந்துள்ளது,” ஆனால் இப்போது மரபணு மாற்றியமைக்கப்பட்ட பாக்டீரியாவால் இதை செய்ய முடியும் என பாக் தெரிவித்துள்ளார். நுண்ணறிவு திறனுக்கான அர்த்தம் குறித்து புதிய கேள்விகளை இது எழுப்புகின்றன.
பாக் குழுவினர் மரபணு மாற்றம் செய்யப்பட்ட பாக்டீரியாவில் மரபணு சுற்றை புகுத்தியுள்ளனர் (GENETIC CIRCUITS) இது வேதிப்பொருட்கள் மூலம் தூண்டப்படுகிறது. இதே போல் வெவ்வேறு வகைகளில் தூண்டப்படும் மரபணு சுற்றுக்கொண்ட பாக்டீரியாக்களை ஒரு வேதிப்பொருட்களின் கலவையில் போட்டு “பாக்டீரியா கணிணி” உருவாக்கப்பட்டுள்ளது இது செயற்கை நரம்பியல் வலையமைப்புகள் போல் செயல்படும். இந்த செயற்கை நரம்பியல், வலையமைப்பில் உள்ள பாக்டீரியாவும் ஒரு நியூரான் போல் செயல்படுவதால் தொகுப்பில் உள்ள மரபணு மாற்றப்பட்ட ஒவ்வொரு பாடீரியாவும் “பாக்டோ நியூரான்” என்று அழைக்கப்படுகின்றன இந்த பாக்டோ நியூரான்களின் தொகுப்பானது கணிதம் பற்றிய சிந்தனைத் திறன் கொண்ட பலசெல் கொண்ட உயிரினமாக செயல்படும்.
பாக் குழு தனது கண்டுபிடிப்புகளை “நேச்சுரல் கெமிக்கல் பயாலஜி” என்ற ஆய்வு இதழலில் 2024 ஆம் ஆண்டு செப்டம்பர் மாதம் வெளியிட்டது. இந்த ஆய்வின் வெளியீடு செயற்கை உயிரியலாளர்களிடையே குறிப்பிடத்தக்க ஆர்வத்தைத் உருவாக்கியுள்ளது உயிரினங்களில் புதிய திறன்களை வடிவமைக்கும் வல்லுநரான கொச்சியில் உள்ள செயற்கை உயிரியல் மற்றும் உயிரியல் உற்பத்தி தளங்களில் ஆய்வு செய்து வரும் சி.ஜே.ஏ மையத்தின் நிர்வாக இயக்குனர் பவன் தார் கூறும் போது பாக்டீரியாவை நிரல்படுத்தி “வேதியியல் தொடர்புகளின் (CHEMICAL CONVERSATION) மூலம் கணிதப் சிக்கல்களைத் தீர்க்கக்கூடிய புதிய சகாப்தத்தில் நாம் நுழைந்துள்ளோம்” என்றார். இந்த பாக்டீரியல் கணிணிகளின் உருவாக்கம் மருந்துத் தொழில் மற்றும் மருத்துவ அறிவியல் மற்றும் உயிரி உற்பத்தித் துறையில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களைக் ஏற்படுத்தும் என்று பவன் தார் மேலும் கூறினார்.
ஒரு செயற்கை நரம்பியல் வலையமைப்பில் (ANN-ARTIFICIAL NEURAL NETWORK)), உள்ள முடிச்சுகள் (nodes) எனப்படும் செயலாக்க அலகுகள் அதன் அடுக்குகளில் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டிருக்கும்.ஒவ்வொரு முடிச்சும் ஒரு உள்ளீட்டை (அல்லது உள்ளீடுகளை) எடுத்துக்கொண்டு, அதன் மீது ஒரு கணக்கீட்டைச் செய்து, ஒரு வெளியீட்டை உருவாக்குகிறது. இது செயற்கை நரம்பியல் வலையமைப்பின் வெளியீடு அல்லது மற்றொரு முடிச்சுக்கான உள்ளீடாக கூட இருக்கலாம். அதிக அடுக்குகளைக் கொண்ட செயற்கை நரம்பியல் வலையமைப்புகள் மிகவும் சிக்கலான கணக்கீட்டுப் பணிகளையும் செய்ய முடியும்.
பொதுவாக ஆராய்ச்சியில் பயன்படுத்தப்படும் பாக்டீரியாவான எஸ்கெரிச்சியா கோலியில் (ESCHERCHIA COLI) நகலெடுக்கும் மரபணு சுற்றுகளை அறிமுகப்படுத்த பாக் குழுவினர் மூலக்கூறு உயிரியலில் இருந்து ஆயுதங்களைப் பயன்படுத்தியுள்ளனர் நகலெடுக்கும் போது, ஒரு பாக்டீரியா தனது டிஎன்ஏவின் ஒரு பகுதியை ஆர்என்ஏவாக மாற்றி, அந்த ஆர்என்ஏவில் இருந்து புரதங்களை உருவாக்குகிறது. புரதங்கள், குறிப்பிட்ட டிஎன்ஏ வரிசைகளை அடையாளம் கண்டு, நகலெடுக்க தொடங்கும் போது, நுண்ணுயிர் நகலெடுப்பதும் தொடங்குகிறது. தனித்தனியாகவோ அல்லது ஒன்றாகவோ நகலெடுப்பதற்கு நான்கு காரணிகள் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது செயற்கை ஊக்குவிப்பாளர்களை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் பாக்டீரியாவில் மரபணு சுற்றுகளை உருவாக்க முடிந்துள்ளது.
“நகலெடுக்கும் காரணிகள் மற்றும் ஊக்குவிப்பாளர்கள் அவற்றின் தொடர்புகளால் முன்னோக்கி நகரவும், தூண்டப்பட்டும் மற்றும் பல்வேறு கூட்டு வழிமுறைகளாலும் உருவாகியுள்ளது” என்று ஆய்வாளர்கள் தங்கள் ஆய்வில் குறிப்பிட்டுள்ளனர். (இயந்திர-கற்றல் மாதிரிகள் தங்கள் கணக்கீடுகளைச் செய்ய இந்த வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன.) இந்த வழியில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் 14 பாக்டோ நியூரான்களை உருவாக்கினார்கள், அவை வெவ்வேறு சேர்க்கைகளில் ஒன்றாகக் கொண்டு வரப்படலாம், ஒவ்வொன்றும் ஒற்றை அடுக்கில் வேலை செய்கின்றன. குறிப்பிட்ட பணிகளைச் செய்யும் திறனுக்காக ஒவ்வொரு கலவையையும் சோதனை செய்துள்ளனர். பாக்டீரியாவைக் கொண்ட கரைசலில் நான்கு இரசாயன சேர்மங்களின் வழியாக ஒரு கலவையை இயக்க முடியும்.
உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டின் வேதியியல்
வழக்கமான கணினிகள் கணக்கீடுகளைச் செய்ய சிலிக்கானால் செய்யப்பட்ட மின் சாதனங்களின் மின்னழுத்தத்தைக் பயன்படுத்துகின்றன. உயர் மின்னழுத்தம் என்பது 1 ஆல் குறிக்கப்படும், மற்றும் குறைந்த மின்னழுத்தத்ததின் நிலை, 0 ஆல் குறிப்பிடப்படுகிறது. இதை ஒரு பாக்டீரியா கணினியில் பிரதிபலிக்க, பாக் குழு முதலில் தங்கள் பிரச்சனைகளை 0 மற்றும் 1 குறியீட்டு மொழியில் மொழிபெயர்த்தனர். இது இரசாயன தூண்டுதலால் இருப்பு(presence) (1) என்றும் இல்லாமையை (absence) (0) என்றும் புரிந்துகொள்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, 0-9 எண்களுக்கு இடைப்பட்ட பகா எண் எது என்று ஒரு பாக்டீரியா கணினியைக் கேட்கும் போது அதை பைனரியாக (binaray) மாற்றுவது போல் வடிவமைத்துள்ளனர், பின்னர் 0 மற்றும் 1 எண்கள் அதே பைனரி வடிவத்தில் இரசாயனங்களை வெளியிடவும் அல்லது நிறுத்தவும் பயன்படுத்தப்படும். எ.கா., இரசாயனங்கள் ஒன்று, இரண்டு மற்றும் மூன்று (111), மற்றும் இரசாயன நான்கு (0) பூஜ்ஜியம் ஆகியவை பாக்டீரியல் கணினியால் ‘7’ ஆக வாசிக்கப்படும், அதே சமயம் ஒன்று, மூன்று மற்றும் நான்கு இரசாயனங்கள் இல்லாத நிலையில், இரசாயன இரண்டின் இருப்பு ‘4’ என்பதைக் குறிக்கும். இதேபோல், மரபணு சுற்றுகளுடன் வடிவமைக்கப்பட்ட பாக்டீரியாவில் சிவப்பு மற்றும் பச்சை ஒளிரும் புரதங்களின் இருப்பு அல்லது இல்லாமையை சரிபார்ப்பதன் மூலம் இந்த குழு வெளியீடுகளை புரிந்துகொண்டது.
செயற்கை நரம்பியல் வலையமைப்புகளில், ஒரு முனையின் வெளியீடு மற்றும் உள்ளீடு ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு ஒரு சமன்பாட்டால் குறிக்கப்படுவதை செயலூக்கத்தின் சார்பு (ACTIVATION FUNCTION) என அழைக்கப்படும். f(x, y) = z என எழுதும் போது, z இன் மதிப்பானது x மற்றும் y இன் மதிப்புகளைப் பொறுத்து மாற்றமடையும் என்று கணித முறையில் வரையறை செய்கிறோம். இதேபோல், பாக்டோ நியூரானின் வெளியீட்டின் மதிப்பு கீழ் குறிப்பிட்டுள்ள மூன்று கூறுகளை உள்ளட்டக்கியது
உள்ளீடுகளின் வலிமையைப் பொறுத்தது ;
மற்ற உள்ளீடுகளுடன் ஒப்பிடுகையில் எடையில் இருக்கும் அதன் முக்கியத்துவத்தை பொறுத்தது.
அனைத்து உள்ளீடுகளின் கூட்டுத்தொகை எடையில் சேர்க்கப்பட்ட ஒரு மாறிலியை பொறுத்தது.
உள்ளீடுகளின் கூட்டுத்தொகை எடை மற்றும் சார்பு ஒரு வரம்பைக் கடக்கும் போது ஒரு முடிச்சு(NODE) செயல்படுத்தப்படுகிறது. ஒவ்வொரு உள்ளீட்டின் எடையையும் அதன் வலிமையுடன் பெருக்கி அனைத்து உள்ளீடுகளுக்கும் அத்தகைய சொற்களைச் சேர்ப்பதன் மூலம் கூட்டுதொகையின் எடை கணக்கிடப்படுகிறது.எடுத்துக்காட்டாக,உள்ளீடுகள் x மற்றும் y எடைகள் w1 மற்றும் w2, எடையுள்ள கூட்டுத்தொகை w1x + w2y ஆக இருக்கும்.
பாக் குழுவின் படி, அனைத்து செயற்கை நரம்பியல் வலையமைப்புகளும் வடிவத்தில் ஒரே மாதிரியான செயல்பாட்டைக் கொண்டுள்ளன. உள்ளீடுகள் மற்றும் அவற்றின் எடைகள் காரணமாக வேறுபாடுகள் எழுகின்றன. ஒவ்வொரு பாக்டோ நியூரானும் சிவப்பு அல்லது பச்சை நிற ஒளிரும் புரதத்தை உருவாக்குகிறதா என்பது, ஒரு குறிப்பிட்ட ரசாயன தூண்டுதல்களின் செறிவு, அவற்றின் எடைகள் (அதாவது மரபணு சுற்றுகளை தூண்டும் திறன்) மற்றும் சார்பு ஆகியவற்றை பொறுத்து அமைகிறது.இவை இன்னும் மூலக்கூறு அடிப்படையில் விளக்கப்படவில்லை இப்போதுதான் முதல் கட்டத்தை மட்டும் கடந்துள்ளது.
பாக் கருத்துப்படி, “செயற்கை மரபணு சுற்றுகளை வடிவமைத்து, கட்டமைத்து, மேம்படுத்துவதன் மூலம், கொடுக்கப்பட்ட இரசாயன சமிக்ஞைகள் குறிப்பிட்ட ஒளிரும் புரதங்களை (வெளியீடு) உருவாக்கி அதன் சுற்றுகளால் அங்கீகரிக்கப்பட்டு செயலாக்கப்படுகின்றன.”
ஒளிரும் புரதங்களின் இருப்பை 1 எனவும், அவை இல்லாததை 0 எனவும் விளக்கலாம். வெளியீட்டை “ஆம்” அல்லது “இல்லை” எனப் படிக்க 0 மற்றும் 1 ஆகியவையை பயன்படுத்தலாம். குழுவானது பாக்டோ நியூரான் கணினியிடம் 7 முதன்மையானதா என்று கேட்டபோது, அது பச்சை ஒளிரும் புரதத்தை (1) வெளிப்படுத்துவதன் மூலம் “ஆம்” என்று பதிலளித்தது, அந்நேரம் சிவப்பு (0) வெளிப்படுத்தாது.
0 மற்றும் 9 க்கு இடைப்பட்ட எண்களில் எது ஒரு சரியான அடுக்கு எண்ணா இருக்கும்? அதாவது ஒரு முழு எண்ணை மற்றொரு எண்ணின் அடுக்கு எண்ணாக எந்தெந்த எண்களை வெளிப்படுத்தலாம்? எ.கா. 8 என்ற எண்ணை 8 = 2 அடுக்கு 3 என்று எழுதலாம். மற்றும் A மற்றும் L வார்த்தைகளுக்கு இடையே உள்ள உயிர் எழுத்து எது என்பதையும் கேட்க முடியும். இதற்கு சரியான பதிலை அளித்துள்ளது. இந்த வெற்றியால் உற்சாகமடைந்த குழு, மிகவும் சிக்கலான கேள்விகளுக்கு கணினிகள் பதிலளிக்கச் செய்தது.ஒரு முழு எண்ணுடன் மூன்றைக் கூட்டுவது பகா எண்ணை உருவாக்குமா (எ.கா. “2 + 3 ஒரு பகா எண்ணா?”) மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணின் வர்க்கத்தை மூன்று காரணிகளின் கூட்டுத்தொகையாக வெளிப்படுத்த முடியுமா என்று கேள்விகளுக்கு பதில் சொல்ல முடிந்தது.
அடுத்த நிலை: தேர்வுமுறை
இறுதியாக, ஆம்/இல்லை என்ற பதில்களைக் கொண்டு தீர்க்க முடியாத பிரச்சனைகளை பாக்டோ நியூரான்களால் தீர்க்க முடியுமா என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் சோதித்தனர். இதற்காக, ஒரு கணினியில், ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான நேரான வெட்டுகளைப் (STRAIGHT CUT) பயன்படுத்தி, பை (PIE) மதிப்பின் அதிகபட்ச வெட்டுகளின் எண்ணிக்கையைக் கண்டறியும்படி அவர்கள் ஒரு கணினியைக் கேட்டனர். இது ஒரு தேர்வுமுறை சிக்கலுக்கு எடுத்துக்காட்டு, சாத்தியமான தீர்வுகளின் தொகுப்பிலிருந்து சிறந்த தீர்வை கண்டறிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் முயற்சி செய்கிறார்கள்.
நேராக வெட்டுக்களின் எண்ணிக்கையை மீண்டும் வேதியியல் சமிக்ஞைகளின் வடிவத்தில் குழு உள்ளீடு செய்கிறது. இதனால் சில சேர்மங்கள் மற்றும் பிறவற்றையும் வெளியேற்றுகிறது இதில் வெளியீடு ஒரு எண்ணாக இருக்க வேண்டும் என்பதால், குழு சில பாக்டோ நியூரான்களை மாற்றியமைத்தது, பச்சை மற்றும் கருஞ்சிவப்பு புரதங்களுடன் கூடுதலாக மற்ற ஒளிரும் புரதங்களை (நீலம் மற்றும் ஆரஞ்சு) வெளிப்படுத்துகிறது. இந்த ஒளிரும் புரதங்களின் இருப்பு அல்லது இல்லாமையை பைனரி வடிவில் படிக்கலாம் மற்றும் தசம எண்ணாக மாற்றலாம்.
இரண்டு நேரான வெட்டுக்களுக்கான சிக்கலைத் தீர்க்க கணினியைக் கேட்டபோது, அது ஆரஞ்சு ஒளிரும் புரதத்தை (0), நீல ஒளிரும் புரதத்தை (1) வெளிப்படுத்தவில்லை, மேலும் பச்சை அல்லது கிரிம்சன் ஒளிரும் புரதங்களை வெளிப்படுத்தவில்லை (00) பைனரியில் 0100 என்பது தசமத்தில் 4, என்பது சரியான விடை. பின்னர் அவர்கள் அதை நான்கு நேரான வெட்டுக்களைத் தீர்க்கச் சொன்னார்கள், மேலும் கணினி ஆரஞ்சு ஒளிரும் புரதத்தை (1), நீலத்தை வெளிப்படுத்தாமல் (0) பச்சை மற்றும் கருஞ்சிவப்பு இரண்டையும் வெளிப்படுத்தி பதிலளித்தது (11). ஒன்றாக, 1011 என்பது தசம எண் 11 க்கான குறியீடு, மீண்டும் சரியான பதிலை அளித்தது.
புதிய தளத்தை உருவாக்குகிறது:
பாக்டீரியா கணினிகள் படிப்படியாக மிகவும் சிக்கலான கணித மற்றும் கணக்கீட்டு பணிகளில் வேலை செய்ய முடியும் என்பதை நிறுவிய பேராசிரியர் பாக் அவர்களின் பணி மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க அம்சம் என்று சென்னை, கணித அறிவியல் கழகத்தின் கணக்கீட்டு உயிரியல் பேராசிரியரான அரீஜித் சமல் அவர்கள் பாராட்டினார். இந்த ஆய்வுத்தாள் மிகவும் நவீனமானது என கொச்சியைச் சேர்ந்த செயற்கை உயிரியலாளர் தார் என்பவர் பாராட்டினார் எதிர்காலத்தில் இது போன்ற உயிர்கணினிகள் “புற்றுநோயின் மூலக்கூறு வடிவங்களை அதன் ஆரம்ப நிலைகளில் கண்டறிந்து, மருத்துவர்களுக்கு அவற்றின் இருப்பைக் கண்டறிந்து தெரிவிக்க வாய்ப்புள்ளது என்றும் புற்றுநோய் கட்டிகள் உருவாவதற்கு முன்பே உள்ளூர் அளவில் சிகிச்சைகளை வழங்கி சரி செய்யும் வாய்ப்பும் உருவாகும்.
மேலும் சிக்கலான பணிகளைச் செய்யும் திறன் கொண்ட பாக்டீரியல் கணிணிகளை விஞ்ஞானிகள் வடிவமைத்ததால், “கணக்கீட்டுப் பணிகள் நுண்ணுயிரிகளுக்கு வெளியில் நடப்பதற்கும் ஏற்பாடு செய்யலாம், பாரம்பரிய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான கணினிகளின் தேவையைக் குறைக்கலாம்.” உயிர் கணினியின் இந்த கண்டுபிடிப்புகளுக்களினால் தார் அவர்களுக்கு இந்த ஆய்வு புத்துயிர் அளித்தது, பாக், அவரது வடிவமைக்கப்பட்ட பாக்டோ நியூரான்கள் “நுண்ணறிவின் உயிர்வேதியியல் தன்மையைப் பற்றி சிந்திக்க” ஒரு நுழைவாயில் ஆகும்.
கட்டுரையாளர்:
சயந்தன் தத்தா
அறிவியல் பத்திரிகையாளர்
க்ரியா பல்கலைக்கழகத்தில் உறுப்பினர்.
[email protected]
தமிழில்: மோசஸ் பிரபு
13-11-24 ஆங்கில இந்துவில் வெளியான கட்டுரை: https://www.thehindu.com/sci-tech/science/saha-institute-kolkata-bacteria-solve-maths-problems-bactoneurons-intelligence/article68859080.ece
Click to Join Telegram Group Link : https://t.me/+lyAFK8ZE0iczZjE1Click to Join WhatsApp Channel Link : https://whatsapp.com/channel/0029VanQNeO4NVioUBbXer3q
இப்பதிவு குறித்த தங்கள் கருத்துக்களை அவசியம் கீழே உள்ள Comment Boxல் பதிவிட வேண்டுகிறோம்.
புக் டே இணையதளத்திற்கு தங்களதுநூல் அறிமுகம், கட்டுரைகள் (அறிவியல், பொருளாதாரம், இலக்கியம்), கவிதைகள், சிறுகதை என அனைத்து படைப்புகளையும், எங்களது [email protected] மெயில் அனுப்பிட வேண்டுகிறோம்.
