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想不到!居然利用DNA存储数据

简介:

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即使最终有一天人类从地球上消失,他们所创造出来的东西也可能暂时不会。但是,服务器,硬盘,闪存和磁盘最终会降解(和图书馆的纸质书籍一样)。不过瑞士联邦理工学院的一群研究员们发现,可以将数据写入DNA,也就是生物的基因信息中并将其储存起来,用这种方式可以将信息保存千年之久。


根据《新科学家》杂志报道,1克DNA理论上携带有455艾字节(Exabyte,EB)的数据。1EB等于10亿GB,而1000EB等于1ZB。云计算公司EMC估计2011年全球数据总额也只有1.8ZB,这意味着我们只需要4克(一勺子左右)DNA就能记录从柏拉图到莎士比亚的名作到碧昂丝的最新专辑等所有作品(更不用提整个Instagram上的所有图片了)。


DNA由四种类型的分子组成,它们两两配对。为了在DNA上记录信息,科学家们将这些碱基对编码成1和0的组合,这样就可以用二进制语言来进行记录了。这并不是一个新的概念,2012年哈佛大学的科学家就将一本书的内容整合进了DNA中。不过到现在为止,从DNA中取回这些信息还是一个难题。


以往的测试结果证明,提取信息的难点在于DNA会对周遭环境反应,并在室温下不断降解。联邦理工学院的项目主管Robert Grass却发现了一种保存信息的新方法:把DNA当成是化石保存。他的团队将DNA样本放入石英做的壳中,这种壳的组成结构是玻璃的一种,与化石化的骨头相似。之后团队在140°F测试了样本的稳定性。


研究人员取回测试后的样本发现,他们仍然能够读取之前录入的数据。Grass告诉校报,如果这些DNA储存在零度以下的低温,那么理论上这些信息在100万年后仍然可以被读取。根据美国国家档案馆的资料,普通CD和DVD的寿命只有大约25年,所以这项技术将是当前数据存储技术的一项重大改进。


现在这个过程的实现还比较昂贵。Grass告诉《新科学家》杂志,在理工大学进行测试的DNA样本包含约83KB的数据,成本却要1000欧元(1500美元)。这意味着现在把需要储存的数据(比如维基百科,或者《火线》的前四季)放入DNA里可是贵的惊人。

不过随着技术的进步,DNA存储的成本将会不断地降低。所以将来即使核冬天到来,我们也可能找到一家DNA数据商店,并详细考察20世纪前人类的伟大发明和进步。


再为大家推荐一篇果壳在2012年曾经发过的文章,文章称1克DNA能存储700T数据,看来科技确实进步了,呵呵:)


《DNA硬盘:1克能存700TB数据

摘自:http://www.guokr.com


随着生物计算机技术的发展,越来越多的新型存储媒介进入我们的视线之中。2007年就有日本科学家成功使用细菌DNA储存数据,可保存千年;我们之前也向大家介绍过螃蟹计算机 和 用细菌制造硬盘 ,其理念都颇具科幻感。近日,哈佛大学威斯研究所(Harvard`s Wyss Institute)的生物工程师和遗传学家成功开发了一项新技术,可以将约700TB的数据储存进1克DNA之中,将之前使用DNA存储数据容量的纪录提高了1000倍。


这个由乔治·切齐(George Church)和瑟里拉姆·库苏里(Sriram Kosuri)领导的团队把我们的DNA完全当做了数字硬盘,他们合成了一个可存储96比特数据的DNA链,具体存储方法是为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶分别赋予二进制值(胸腺嘧啶和鸟嘌呤=1,腺嘌呤和胞嘧啶=0),随后通过微流体芯片对基因序列进行合成,从而使该序列的位置与相关数据集相匹配。当需要对数据进行读取时,只需再将基因序列还原为二进制即可。为了方便读取数据,研究人员还在每一个DNA片断的头部加入了19比特的地址块(address block),用此记录其在原始文件中的位置。

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把DNA作为储存介质并非首次尝试,科学家们对它其实觊觎已久。DNA作为储存介质的优点有三:


体积小。一个碱基只有几个原子大小,人们以此为基础进行数据存储,整体的体积将大大领先于传统硬盘。


密度大。一个DNA片段就含有无数个碱基。


稳定性强。相比于其他需要低温、真空保存的存储介质,DNA可以在不苛刻的条件下保存上百年。


得益于微流体技术的发展,合成、排列DNA成为了一项较为简单方便的工作。在此之前,人类基因组计划(Human Genome Project)为了研究一个含有30亿对碱基的人类DNA组要耗费数年的时间。现在,在微流体芯片的帮助下,这项工作只要几个小时就能完成。


设想一下,1克DNA不到指尖上一滴露珠大小,却能够储存700TB的数据,相当于1.4万张50GB容量的蓝光光盘,或233个3TB的硬盘(差不多要151千克重)。切齐和库苏里在试验中将切齐的新书复制了700亿份储存在DNA中,数据总量达到44PB。


之前也有许多研究DNA存储的科学家尝试在活体细胞的基因组中书写数据。但细胞不仅会死亡,而且还会分裂复制,这对其中存储的数据都是致命性打击。此番切齐和库苏里根本没有使用细胞,他们使用了人造合成的DNA,绕开了之前的问题。虽说利用活体细胞DNA储存数据无法逃开细胞死亡和细胞分裂的问题,但毕竟可以在短时间内保障数据的安全,在某种特殊情境下(比如007系列电影内)完全可以采用。当然,切齐和库苏里的科研成果更符合现实社会的需求。


目前,囿于储存空间的紧缺,网站的资料备份通常只会保存数月乃至数周。等到DNA存储技术成熟,我们就可以把全人类的信息资料都存储起来。人类可以在每一寸土地上安装摄像头,将每一处每一分每一秒上发生的事情都记录起来。人类还可以把所有的图书、资料、视频信息统统储存起来,几百公斤的DNA就能够胜任这个“全人类”的工作。



原文发布时间为:2015-03-11

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