Wat hebben DNA en data met elkaar te maken?
1 / 21
Lesduur is: 15 minIntroductie
Deze module is een kort onderdeel dat in verschillende lessen ingezet kan worden. Leerlingen worden aan het denken gezet over de concepten van data en DNA, en zien waar deze concepten binnen technologische ontwikkelingen samen kunnen komen. Is DNA de toekomst voor dataopslag?
Instructies
Voorkennis van leerlingen
De leerlingen hebben geen voorkennis nodig. Als leerlingen al voorkennis hebben over DNA kan eventueel meer diepgang gegeven worden in de les - dit is toegelicht bij slide 11.
Voorbereiding voor docent
Zorg dat elke leerling een laptop en een rekenmachine heeft.
Na deze les...
- kun je toelichten wat data is.
- kun je toelichten wat DNA is.
- heb je een beeld van wat data en DNA samen kunnen betekenen.
Aansluiting curriculum
Deze les sluit aan bij de volgende onderwerpen uit het curriculum:
Biologie:
- het concept DNA
Informatica:
- het concept data
- algoritmen
Onderdelen in deze les
Slide 1 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 2 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 3 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Wat is data?
Slide 4 - Woordweb
Om leerlingen zelf aan het denken te zetten, wordt gestart met een woordweb vraag over de definitie van data - voordat op de volgende slide een overkoepelende definitie gedeeld wordt.
Slide 5 - Tekstslide
Informatie
Hier kan op verschillende dieptes op in gegaan worden. Deze definitie is gegeven om stil te kunnen staan bij wat data concreet nu eigenlijk is. Het principe dat het losse informatie is die altijd nog een interpretatie nodig heeft betekent ook dat wanneer we op de volgende slides ingaan op dataopslag, het dus gaat over het opslaan van die stukjes informatie.
Slide 6 - Tekstslide
Tekst
In het geval van digitale data, wordt de informatie opgeslagen in de vorm van nullen en enen. Deze binaire code is als het ware de 'vertaling' van de informatie.
Slide 7 - Tekstslide
Tekst
Digitale data wordt op allerlei verschillende manieren geproduceerd, en op verschillende schalen.
Hoe meer informatie, hoe groter de hoeveelheid data die hiervoor gegenereerd wordt. Een whatsapp berichtje naar iemand sturen is bijvoorbeeld ongeveer 1 kB. Een kort spraakbericht bevat meer informatie om over te brengen, en is zo'n 100 kB. 100 keer zoveel als een getypt berichtje dus. Een afbeelding is al snel 1 MB: 1000 keer zoveel als een getypt berichtje.
Slide 8 - Tekstslide
Tekst
Per persoon kom je hiermee niet op ontzettend grote aantallen, maar wat gebeurt er als je kijkt naar alle data die gecreeerd wordt? (verandering in perspectief voor databegrip)
In 2010 werd over de hele wereld 2 ZB (zettabyte) aan digitale data gecreeerd. Dat is een 2 met 21 nullen erachter (!!!). In 2019 stond de teller op 41 ZB, in 2022 97 ZB.
Vraag
Even in verhouding: hoeveel tekstberichten zou het per persoon per dag ongeveer kosten om in een jaar aan 2 ZB aan data te komen?
A
700.000.000
B
70.000
C
7000.000
D
7.000.000.000
Slide 9 - Quizvraag
Tekst
Data wordt op veel grotere schalen geproduceerd dan alleen persoonlijk. Reken maar uit!
Toelichting
Dit is uitgaande van ongeveer 8 miljard wereldbewoners en 365 dagen in een jaar, dus 2*10^21 / 365 / (8*10^9). Dit geeft afgerond 685.000.000 , wat voor de overzichtelijkheid is afgerond naar 700.000.000 voor de meerkeuzeopties in deze vraag.
Slide 10 - Tekstslide
Tekst
De voorspellingen voor de komende jaren lopen uiteen, maar de hoeveelheid data groeit dus exponentieel. Die exponentiële groei van digitale data leidt er ook toe dat we op een punt kunnen komen dat er meer data geproduceerd wordt dan opgeslagen kan worden met huidige technieken.
Vraag
Maar wat heeft die exponentiële groei van de hoeveelheid data met DNA te maken?
Typ hier je antwoord:
Slide 11 - Open vraag
Tekst
In oplossingen wordt naar DNA gekeken, maar wat heeft dat hier nu precies mee te maken? Slide 12 - Tekstslide
Toelichting
DNA is een biologisch macromolecuul dat informatie bevat (onze genetische code), waarbij de volgorde van basen de informatie bepaalt.
Er wordt bij DNA dus informatie opgeslagen in een code. We zagen net dat digitale data informatie is in de vorm van binaire code. Precies daar ligt een heel interessante overeenkomst waar onderzoekers zich mee bezighouden: wat als je data opslaat in de vorm van DNA?
----
Over wat DNA is kan uitgebreid ingegaan worden. In deze module ligt de nadruk op twee elementen:
- informatieopslag in de vorm van genetische code
- code in de vorm van een sequentie van A, C, T, en G
Afhankelijk van de voorkennis die leerlingen hebben en het lesdoel kan deze definitie uitgebreid worden
Slide 13 - Tekstslide
Tekst
DNA is een heel effectieve vorm van dataopslag. De datadichtheid is ontzettend hoog: dat betekent dat er per gram DNA heel veel data opgeslagen kan worden.
Hoe veel is heel veel? Stel je voor dat je verfblikken vult met data-DNA. Per blik zou je dan zo'n 5 zettabyte aan data kwijt kunnen. Die enorme aantallen digitale data die we eerder zagen langskomen passen dan opeens in je kofferbak.
Opdracht
Maak het diagram compleet om het proces in beeld te krijgen:
binarisatie
coderen
DNA synthese
Slide 14 - Sleepvraag
DNA kan synthetisch gemaakt worden, waarbij het een specifieke volgorde kan krijgen die codeert voor specifieke data.
Slide 15 - Tekstslide
Elk stukje digitale data wordt omgezet naar DNA-data. Deze codering gebeurt aan de hand van een encoding algoritme, wat een vertaling oplevert voor de binaire code naar basen. Zo kan aan de hand van de codering vervolgens kunstmatig DNA gemaakt worden dat een vertaling is van de data waar mee gestart is.
Slide 16 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 17 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 18 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 19 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 20 - Tekstslide
SLIDE NOG VERVANGEN VOOR NIEUW
Slide 21 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
