რა საერთია ნუკლეოტიდებსა და შოთა რუსთაველს შორის? შეკითხვა უზომოდ საინტერესოა, თუმცა პასუხი კიდევ უფრო საინტერესო. ბოლო რამდენიმე თვეა ძალიან ხშირად ვუსმენ ქართულ პოდკასტებს, განსაკუთრებით მეცნიერებაზე. ერთ-ერთ პლატფორმაზე მოვუსმინე ქართველ ბიოლოგს და მფრინავს, ცოტნე ჯავახიშვილს. მისი საუბრიდან ახალი იდეები გამიჩნდა, გეგმებიც დავაწყე, თუმცა ბატონი ცოტნე ტრაგიკულად დაიღუპა. საბედნიეროდ ინტერნეტ სივრცეს დარჩა მისი საინტერესო და მარტივი საუბარი უახლეს ბიოლოგიურ კონცეფციებზე. ინფორმაციის შენახვა რომ მნიშვნელოვანია ამ აბზაციდანაც ჩანს. მაინც რა არის ინფორმაციის ყველაზე საიმედო და ტევადი საცავი? ღრუბლოვანი სივრცე? კომპიუტერის მყარი დისკი? კომპიუტერის გარე მეხსიერება? ბევრი შეიძლება ჩამოითვალოს, თუმცა ყველაზე ტევადი და საიმედო ჩვენი დნმ-ია (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა), რომლის სიგრძე ერთ უჯრედში დაახლოებით 2 მეტრია, თუმცა უზომოდ მცირე მოცულობაში კომპაქტურად არის მოთავსებული. ის შეფუთულია ნუკლეოსომებში და საიმედოდ იცავს ჩვენ შესახებ ინფორმაციას.
2018 წელს, საქართველოს დამოუკიდებლობის 100 წლისთავისთვის თიბისი ბანკის გენერალური დირექტორის ინიციატივით განხორციელდა ,,ვეფხისტყაოსნის“ დნმ-ში ჩაწერის პროექტი. ეს პროექტი არ ყოფილა ექსპერიმენტი. მიზანი უნიკალური კულტურის დაცვაა ბუნებრივი მოლეკულის, დნმ-ის საშუალებით. ტექნიკური ნაწილი, ტექსტის დნმ-ის კოდში გადაწერა, ქიმიური სინთეზი და შენახვა, შვეიცარიის ETH ციურიხის უნივერსიტეტის პროფესორმა რობერტ გრასმა (Robert Grass) და მისმა გუნდმა განახორციელა, რომლებიც დნმ-ში მონაცემთა შენახვის მიმართულებით მსოფლიო ლიდერები არიან. ქართველმა ფილოლოგებმა და ენათმეცნიერებმა შეარჩიეს პოემის აკადემიურად ყველაზე ზუსტი, კანონიკური ტექსტი (ქართულ ენაზე) მოამზადეს მისი ციფრული ფორმატი. „ამ პროცესის საბოლოო პროდუქტი – სილიციუმის ნანოსფეროებში დაცული დნმ-ის მატარებელი – საქართველოს ეროვნულ მუზეუმში ინახება, როგორც ტექნოლოგიური და კულტურული მემკვიდრეობის უნიკალური ექსპონატი.“
რობერტ გრასმა (Robert Grass) და მისმა კოლეგამ რაინჰარდ ჰეკელმა (Reinhard Heckel), ETH-ის ყოფილმა მეცნიერმა, ალბომი ციფრული აუდიო გენეტიკურ კოდად თარგმნეს. „მაშინ, როცა CD-ზე ან მყარ დისკზე შენახული ინფორმაცია ნულებისა და ერთიანების თანმიმდევრობაა, ბიოლოგია გენეტიკურ ინფორმაციას დნმ-ის ოთხი სამშენებლო ბლოკის – A, C, G და T-ის – თანმიმდევრობით ინახავს,“ – განმარტავს გრასი.
ციფრული მეხსიერება (HDD, SSD) მაქსიმუმ რამდენიმე ათწლეულს ძლებს და დიდ ფიზიკურ ადგილს იკავებს. დნმ კი იდეალური „მარადიული არქივია“:
მაინც რა თვისებები ახასიათებს დნმ-ს, რაც საშუალებას აძლევს ამდენი რამ შეინახოს:
- გამძლეობა: სათანადო პირობებში (მშრალ, გრილ ადგილას) მას შეუძლია ინფორმაცია შეინახოს ათასობით წლის განმავლობაში (როგორც ამას ნამარხი ორგანიზმების დნმ ადასტურებს).
- კომპაქტურობა: დნმ არის ინფორმაციის შენახვის ყველაზე მაღალი სიმკვრივის მქონე გარემო. ერთ გრამ დნმ-ს შეუძლია 215 მილიონ გიგაბაიტზე მეტი ინფორმაციის დატევა. „ვეფხისტყაოსნის“ მთელი ტექსტი ამ გრამის უმნიშვნელო ნაწილს შეადგენს.
- უნივერსალურობა: დნმ-ის წაკითხვა ყოველთვის შესაძლებელი იქნება, რადგან ის სიცოცხლის ფუნდამენტური მოლეკულაა.
ეს ინფორმაცია ინოვაციური გაკვეთილის დაგეგმვის საშუალებას იძლევა. ჩემი ვერსია ქვემოთაა მოცემული, თუმცა მკითხველს საკუთარ საჭიროებებზე ომრგება მარტივად შეეძლება.
გაკვეთილი ინტეგრირებულია, მასში გაერთიანებულია ბიოლოგია, კომპიუტერული ტექნოლოგიები და ქიმია. ასევე მნიშვნელოვანია ლიტერატურის მასწავლებლის ჩართვა, რომელმაც უნდა ისაუბროს ,,ვეფხისტყაოსნის“ უნიკალობაზე არა მხოლოდ ქართულ, არამედ მსოფლიო პოეზიაში.
აქტივობა 1: დნმ-ის ანბანის შექმნა – ბიოლოგია/ქიმია
რა არის დნმ-ის ოთხ ასოიანი (A, T, G და C) ანბანი და ფუძეების კომპლემენტარობა?
დავალება: მოსწავლეები ქმნიან დნმ-ის ორმაგი სპირალის მოდელს კომპლემენტარობის პრინციპის გათვალისწინებით (A-T, C-G).
აქტივობა 2: ციფრული ხიდის აგება
როგორ გადავაქციოთ ტექსტი ბინარულ კოდად და შემდეგ დნმ-ის კოდში?
პროცესი: მოსწავლეები სწავლობენ, როგორ ხდება ნებისმიერი ასო (მაგ., „რ“) Unicode-ის ან ASCII-ის მეშვეობით ბინარულ კოდად (0 და 1) გარდაქმნა. შემდეგ კი ამ ბინარულ კოდს გარდაქმნიან დნმ-ის ფუძეების მიმდევრობად (მაგ: 00 = A, 01=T, 10=C, 11 = G).
აქტივობა 3: პროექტი ,,ჩემი მარადიული მემკვიდრეობა“
დავალება: მოსწავლეები ირჩევენ მათთვის მნიშვნელოვან მოკლე ფრაზას ,,ვეფხისტყაოსნიდან“ და სქემის სახით წარმოადგენენ მისი კოდირების სრულ პროცესს პოსტერზე: ორიგინალი ტექსტი → ბინარული კოდი → დნმ-ის მიმდევრობა.
1.შეავსეთ ცხრილი:
ფუძე | სრული სახელი | კომპლემენტური წყვილი |
A | ადენინი | |
T | თიმინი | |
G | გუანინი | |
C | ციტოზინი |
2.დაახლოებით რამდენი ინფორმაციის შენახვა შეუძლია ერთ გრამ დნმ–ს?
3.რატომ არის დნმ-ში ჩაწერილი ინფორმაცია გაცილებით უფრო გამძლე?
პასუხი: ის დაცულია სილიციუმის ნანოსფეროებში, ქიმიურად სტაბილურია და მისი შენახვა შესაძლებელია ათასობით წლის განმავლობაში ბუნებრივ გარემოში, ელექტროენერგიის გარეშე.
4.პრაქტიკული დავალება: მოცემულია დნმ-ის ერთ-ერთი ჯაჭვი: A T C G T T A G C. შეადგინე მისი კომპლემენტური ჯაჭვი.
პასუხი: კომპლემენტარული ჯაჭვი: T A G C A A T C G
5.კოდირების სქემის გამოყენებით განახორციელე ბინარული გარდაქმნა
კოდირების სქემა: 00 = A; 01 = T; 10 = C; 11 = G.
- ბინარული გარდაქმნა:
ბინარული კოდი | 11 | 01 | 10 | 00 | 11 |
დნმ-ის თანმიმდევრობა |
პასუხი:
ბინარული კოდი | 11 | 01 | 10 | 00 | 11 |
დნმ-ის თანმიმდევრობა | G | T | C | A | G |
- დეკოდირება:
ბინარული კოდი | |||||
დნმ-ის თანმიმდევრობა | C | T | G | A | C |
გაერთიანებული კოდი |
პასუხი:
ბინარული კოდი | 10 | 01 | 11 | 00 | 10 |
დნმ-ის თანმიმდევრობა | C | T | G | A | C |
გაერთიანებული კოდი | 1001110010 |
6.ისტორია და ტექნოლოგია: რატომ აირჩიეს „ვეფხისტყაოსანი“?
ეს ინტეგრირებული აქტივობები უზრუნველყოფს ცოდნის რამდენიმე მიმართულებით ათვისებას:
- თეორიის პრაქტიკით განმტკიცება (STEM განათლება): მოსწავლეები აღარ სწავლობენ დნმ-ს მხოლოდ როგორც “გენეტიკურ მასალას”, არამედ იგებენ, რომ ის არის მათემატიკურად ზუსტი, საინფორმაციო სისტემა. რაც აძლიერებს ალგორითმულ აზროვნებას.
- ინტერდისციპლინარული უნარები: პროექტი აჩვენებს, რომ ლიტერატურა, ისტორია, ქიმია და კომპიუტერული მეცნიერებები ერთი დიდი სამეცნიერო ფაზლის ნაწილია. მოსწავლეები იგებენ, რომ ყველაზე მნიშვნელოვან კულტურულ მემკვიდრეობასაც სჭირდება თანამედროვე ტექნოლოგიები საიმედოდ შესანახად.
- გლობალური კონტექსტი და ინოვაცია: მოსწავლეები ხედავენ, რომ ქართული ეროვნული საგანძური მოექცა გლობალური სამეცნიერო ინოვაციის ცენტრში, რაც აჩვენებს საქართველოს ჩართულობას მსოფლიო ინტელექტუალურ პროცესებში.
ინტეგრირებული გაკვეთილის დაგეგმვისას, მასწავლებლებს შეუძლიათ გამოიყენონ ონლაინ კოდირების მარტივი კალკულატორები (მაგ: ASCII to Binary Converter) და ETH ციურიხის კვლევების პოპულარული ვერსიები, რათა მოსწავლეებმა თვალსაჩინოდ დაინახონ, როგორ ხდება ნებისმიერი ტექსტის გენეტიკურ ენაზე თარგმნა.
გამოყენებული ლიტერატურა:
- https://www.unicode.org/charts/PDF/U10A0.pdf
- https://www.youtube.com/watch?v=9DNYoh0KPgM
- https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2018/04/entire-music-album-to-be-stored-on-DNA.html
- შემდეგი პოდკასტი
დანართი: