Konvertierung DNA in Farben und Töne
Gregor Weinmann, Klaus Piontzik, Gerrit Ebbers

  Seit Mitte der 90er Jahre sind einige Versuche unternommen worden DNA in Töne zu verwandeln. So ist der Begriff der genomischen Musik bzw. Genome Music zwar entstanden, aber bis heute nicht hinreichend gefüllt worden.
Die verschiedenen Ansätze haben es bis heute nicht geschafft ein einheitliches Verfahren zu etablieren. Auch setzen die meisten Verfahren nicht auf der Basisebene der Nukleinbasen an, sondern erst eine Ordnungsstufe höher, bei den Aminosäuren.
Die vorliegende Konvertierung in diesem Buch, basiert auf einer Entsprechung zur biologischen DNA-Replikation. Daher war es möglich Algorithmen zu entwickeln die eine äquivalente Abbildung von DNA auf Töne und Farben erlaubt.
Die vorliegende Konvertierung DNA in Farben (Deutsches Patent 10 2009 052 645) und Töne arbeitet z.B über ein Java-Programm mit real existierenden DNA-Strängen, so wie sie z.B. in der DNA-Datenbank NCBI als Fasta-Format zu erhalten sind und macht eventuelle harmonikale Strukturen innerhalb des menschlichen, pflanzlichen oder tierischen Genoms überhaupt erst sichtbar.
Es werden hier in erster Linie mathematische Wege zur übersetzung von DNA in Farbe und Töne vorgestellt, die zuerst einmal eine messtechnische Verwendung ermöglichen. In der Konsequenz beschreibt dieses Buch Schritte auf dem Weg zur Beantwortung der Frage, ob und wie weit sich Gene auf ästhetische Weise darstellen lassen und stellt dafür eine hinreichende Grundlage zur Verfügung.

 

Inhaltsverzeichnis
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Einführung
 
Die Desoxyribonukleinsäure (kurz DNA oder DNS) ist ein Biomolekül das in allen Lebewesen vorkommt und Träger der Erbinformation ist. Die DNA enthält unter anderem die Gene, die Ribonukleinsäuren (RNA) und Proteine codieren, welche wiederum für die biologische Entwicklung eines Organismus und den Stoffwechsel in der Zelle notwendig sind.
Im allgemeinen Sprachgebrauch wird die Desoxyribonukleinsäure überwiegend mit der englischen Abkürzung DNA (deoxyribonucleic acid) bezeichnet. Die parallel bestehende deutsche Abkürzung DNS wird hingegen seltener verwendet.
Im Normalzustand ist die DNA in Form einer Doppelhelix strukturiert. Chemisch gesehen handelt es sich um eine Nukleinsäure, also ein langes Kettenmolekül (Polymer) aus Einzelstücken, sogenannten Nukleotiden.
Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphat-Rest, einem Zucker und einer von vier organischen Basen mit den Kürzeln A, C, G und T. Innerhalb der Protein-codierenden Gene legt die Abfolge der Basen die Abfolge der Aminosäuren des jeweiligen Proteins fest: Im genetischen Code stehen jeweils drei Basen für eine bestimmte Aminosäure.
Nukleinbasen (auch Nucleinbasen, Nukleobasen, Organische Basen oder kurz nur Basen) sind Bausteine der Nukleinsäuren DNA und RNA. Die Basen sind hierbei der Bestandteil, durch den sich die verschiedenen Nukleotide voneinander unterscheiden.
Als Basenpaar bezeichnet man zwei Basen der Nukleotide in der DNA oder RNA, die zueinander komplementär sind und durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden. Die Anzahl der Basenpaare eines Gens stellt ein wichtiges Maß der Information dar, die im Gen gespeichert ist.

Das hier geschilderte Konvertierungsverfahren DNA-Informationen in Farben und Töne zu übertragen, samt aller darin geschilderten Algorithmen, ist durch Computer bzw. Mikrocomputer, Mikroprozessorsysteme oder Mikrocontroller oder Computerprogramme generierbar, aber auch durch elektrische, elektronische oder digitale Schaltungen sowie durch physikalische, biologische oder chemische Vorrichtungen abbildbar und realisierbar.
Das vorliegende Verfahren arbeitet (z.B. hier als Prototyp über ein Java-Programm) mit real existierenden DNA-Strängen, sowie sie z.B. in der DNA-Datenbank NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) zu erhalten sind. Der DNA-Strang als a,c,g,t-Buchstabenfolge wird gelesen und in eine Folge von Basentripletts zerlegt.
Diese Triplettfolge wird anschließend über einen Linearisierungsalgorithmus in eine Liste von natürlichen Zahlen umgewandelt, der sogenannten Arbeitstabelle.
Die Arbeitsweise des Triplett-Linearisierung-Algorithmus samt der Erzeugung der Arbeitstabelle entspricht dabei dem Prozess der bei der biologischen DNA-Replikation abläuft.
In der erzeugten Arbeitstabelle wird der gesamte vorhandene DNA-Strang als eine Liste von natürlichen Zahlen abgebildet, in der alle Informationen (auch bzgl. des Komplementes oder höherer Strukturen wie Aminosäuren) enthalten sind.
Die Arbeitstabelle entspricht der sogenannten Matrize, die bei der biologischen DNA-Replikation erzeugt wird.
Die erzeugte Arbeitstabelle bildet die Grundlage für die Farbalgorithmen und Tonalgorithmen. Wie bei der biologischen Replikation wird die Matrize (bzw. Arbeitstabelle) triplettweise gelesen und durch die vorliegenden Algorithmen in eine Folge von äquivalenten Farben und Tönen umgesetzt.
Das vorliegende Verfahren ist daher ein Analogon zur biologischen Replikation, da der DNA-Strang auf der optischen wie akustischen Ebene durch wahrnehmbare Farb- und Tonfolgen repliziert wird.

Durch den Farb-Algorithmus 1 (Spektrale Farbzuordnung) und den Ton-Algorithmen 1 (Spektrale Tonzuordnung), 2 (Gleichstufige Tonzuordnung), 3 (Lineare Tonzuordnung) und 4 (Oktavierung) ist gewährleistet, dass eine lineare (sogar isomorphe, also eineindeutige) Abbildung zwischen DNA und Farben wie Tönen vorhanden ist.

Die erzeugten Farben und Töne können daher als reale Entsprechung der DNA auf akustischer und optischer Wahrnehmungsebene aufgefasst werden.

 

92 Seiten
24 farbige Bilder
3 Tabellen

Herstellung und Verlag:
Books on Demand GmbH, Norderstedt

ISBN 978-3-8482-5330-2

Ladenpreis: 19,90 Euro