Παρασκευή, 20 Φεβρουαρίου 2015

Αποθήκευση δεδομένων στην αιωνιότητα μέσω DNA. Data-storage for eternity

Η πληροφορία που έχει αποθηκευτεί/κωδικοποιηθεί σε DNA μπορεί να επιβιώσει για πάνω από ένα εκατ. χρόνια, τη στιγμή που τα δεδομένα σε μικροφίλμ μπορούν να διατηρηθούν για περίπου 500. How can we preserve our knowledge today for the next millennia? ETH researchers have found a way to store information in the form of DNA, preserving it for nearly an eternity. (Illustration: Philipp Stössel/ETH Zurich)

Περγαμηνές, πάπυροι και τοιχογραφίες/ βραχογραφίες που σώζονται μέχρι σήμερα φροντίζουν να φέρνουν στον 21ο αιώνα γνώση από το μακρινό παρελθόν. Στη σημερινή εποχή, μεγάλο τμήμα της γνώσης μας βρίσκεται αποθηκευμένο σε servers και σκληρούς δίσκους, οι οποίοι θα είναι δύσκολο να επιβιώσουν σε διάστημα 50 ετών, όχι χιλιετιών. Οπότε, ερευνητές αναζητούν τρόπους αποθήκευσης μεγάλων όγκων δεδομένων μακροπρόθεσμα, και ένας που φαίνεται πολλά υποσχόμενος είναι η αξιοποίηση του DNA ως αποθηκευτικού μέσου.

Το DNA μπορεί να αποθηκεύσει τεράστιους όγκους πληροφορίας με «συμπαγή» τρόπο, ωστόσο η ανάκτησή τους δεν είναι πάντα αυτή που θα έπρεπε να είναι, καθώς εμφανίζονται λάθη, κενά και άλλα προβλήματα λόγω της χημικής υποβάθμισης και λαθών στην αλληλουχία DNA. Επιστήμονες υπό τον Ρόμπερτ Γκρας, λέκτορα στο ETH Zurich, αποκάλυψαν πώς μπορεί να επιτευχθεί μακροπρόθεσμη, χωρίς λάθη αποθήκευση πληροφοριών, πιθανώς για πάνω από ένα εκατομμύριο χρόνια,  εγκιβωτίζοντας κομμάτια DNA με πληροφορίες σε διοξείδιο του πυριτίου και χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο για τη διόρθωση λαθών στα δεδομένα.

In 2013, researchers from the European Bioinformatics Institute at the Wellcome Trust Genome Campus in Hinxton, Cambridgeshire ‘downloaded’ all 154 of Shakespeare’s sonnets on to strands of synthetic DNA (illustrated).

Πριν δύο χρόνια, ερευνητές απέδειξαν πως είναι δυνατή η αποθήκευση και ανάγνωση δεδομένων υπό τη μορφή DNA. Σε εκείνη την περίπτωση, το χρονικό διάστημα μεταξύ της «εγγραφής» της πληροφορίας – τη σύνθεση της σωστής ακολουθίας κώδικα στο DNA -  και της ανάγνωσης (sequencing) των δεδομένων ήταν πολύ μικρό. Αλλά ακόμα και μια μικρή περίοδος αποτελεί πρόβλημα όσον αφορά στο περιθώριο λάθους, καθώς λαμβάνουν χώρα λάθη στο γράψιμο και την ανάγνωση. Μακροπρόθεσμα, το DNA μπορεί να αλλάξει σημαντικά καθώς αντιδρά χημικά με το περιβάλλον, κάτι που αποτελεί πρόβλημα για την αποθήκευση σε βάθος χρόνου. 

For the recent breakthrough, the researchers took inspiration from fossilised bones (stock image). Despite being thousands of years old, it is possible to obtain genetic material because the DNA is protected inside the bones. The experts designed a similar 'fossil shell' to protect the information-bearing DNA in the same way.

Ωστόσο, γενετικό υλικό που έχει βρεθεί σε απολιθωμένα οστά ηλικίας εκατοντάδων χιλιάδων ετών μπορεί να απομονωθεί και να αναλυθεί, καθώς έχει εγκιβωτιστεί και προστατευτεί. «Όπως σε αυτά τα οστά, θέλαμε να προστατέψουμε το φορτωμένο με πληροφορία DNA μέσα σε ένα συνθετικό ‘κέλυφος απολιθώματος’» αναφέρει ο Γκρας.

Chemists subjected spheres of DNA to extreme temperatures  and found the material - and the data stored on it - could be successfully decoded. Just one gram of DNA can store the equivalent of 14,000 Blu-ray discs.

Για να το επιτύχει αυτό, η ομάδα του «έκλεισε» το DNA σε σφαίρες διοξειδίου του πυριτίου (silica) διαμέτρου περίπου 150 νανομέτρων. Τα δεδομένα που αποθηκεύτηκαν ήταν η ελβετική Ομοσπονδιακή Χάρτα του 1291 και το «Περί της Μεθόδου των Μηχανικών Θεωρημάτων» του Αρχιμήδη. Για να εξομοιωθούν οι συνθήκες υποβάθμισης που αντιστοιχούν στο πέρασμα μεγάλου χρονικού διαστήματος, η αποθήκευση έγινε σε θερμοκρασίες από 60 μέχρι 70 βαθμούς Κελσίου για έναν μήνα, που εξομοίωναν τη χημική υποβάθμιση η οποία αντιστοιχεί στο πέρασμα αιώνων. Το DNA που είχε αποθηκευτεί στο εν λόγω «κέλυφος» αποδείχτηκε ανθεκτικό, καθώς μετά την εύκολη διάλυση του κελύφους ήταν δυνατή η ανάγνωση της πληροφορίας. Η πληροφορία που έχει αποθηκευτεί/κωδικοποιηθεί σε DNA μπορεί να επιβιώσει για πάνω από ένα εκατ. χρόνια, τη στιγμή που τα δεδομένα σε μικροφίλμ μπορούν να διατηρηθούν για περίπου 500.

Scientists used an 'error correction' similar to those found in laptops (stock image). This involved adding data to each fragment to create back ups.

Ωστόσο, δεν αρκεί να μπορεί να αποθηκευτεί η πληροφορία- πρέπει να είναι δυνατή η ανάγνωσή της και χωρίς λάθη. Χάρη σε σημαντικά τεχνολογικά επιτεύγματα στο DNA sequencing, η ανάγνωση αυτή είναι επιτεύξιμη σε λογικό κόστος, και αναμένεται να γίνει ακόμα περισσότερο οικονομική στο μέλλον. Για την αποφυγή/ διόρθωση των λαθών, ο Ράινχαρντ Χέκελ, επίσης του ΕΤΗ, ανέπτυξε μια μέθοδο διόρθωσης βασισμένη στους Κώδικες Ριντ- Σόλομον, αντίστοιχη αυτών που χρησιμοποιούνται στη μετάδοση πληροφορίας σε μεγάλες αποστάσεις. Το «κλειδί» είναι η επισύναψη επιπλέον στοιχείων στα δεδομένα, εξηγεί ο Χέκελ, που λειτουργούν ως «backup» σε περίπτωση που χαθούν κάποια δεδομένα στην πορεία.

Πηγή: www.ethz.ch


«Μαύρη» θύελλα μπορεί να στειρώσει γαλαξίες! Monster Black Hole's Mighty Belch Could Transform Entire Galaxy!

Εκπληκτικό κοσμικό φαινόμενο εντοπίστηκε σε απόσταση δύο δισ. ετών φωτός από τη Γη. Καλλιτεχνική απεικόνιση της κολοσσιαίας μελανής οπής και των ανέμων που παράγει. Supermassive black holes at the cores of galaxies blast out radiation and ultra-fast winds, as illustrated in this artist's conception. NASA's NuSTAR and ESA's XMM-Newton telescopes show that these winds, containing highly ionized atoms, blow in a nearly spherical fashion. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Μια πραγματικά εντυπωσιακή από κάθε άποψη ανακάλυψη έκανε διεθνής ομάδα αστρονόμων χρησιμοποιώντας τα διαστημικά τηλεσκόπια XMM-Newton και NuSTAR. Τα δύο τηλεσκόπια κάνουν παρατηρήσεις σε διαφορετικά φάσματα φωτός των ακτίνων Χ και ο συνδυασμός των παρατηρήσεων τους αποκάλυψε ένα εκπληκτικό κοσμικό φαινόμενο. Σε ένα γαλαξία που βρίσκεται σε απόσταση δύο δισ. ετών φωτός από εμάς υπάρχει μια κολοσσιαία μελανή οπή η οποία έχει λάβει την ονομασία PDS 456.

ESA's XMM-Newton Telescope observed the low-energy portion of the X-ray light spectrum emitted by PDS 456. Image Credit: ESA

Οι ερευνητές εντόπισαν τους ανέμους που δημιουργούνται  από τη δράση αυτής της μαύρης τρύπας. Πρόκειται σύμφωνα με τους ερευνητές για τους ισχυρότερους ανέμους που έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με τους ερευνητές οι συγκεκριμένοι άνεμοι μεταφέρουν κάθε δευτερόλεπτο ενέργεια μεγαλύτερη από εκείνη που εκπέμπουν μαζί ένα τρισ. άστρα σαν τον Ήλιο! 

NASA's NuSTAR telescope, launched in June 2012, observed the high-energy portion of the X-ray light spectrum emitted by the supermassive blackhole dubbed PDS 456. Image Credit: NASA

Όπως αναφέρουν οι ερευνητές αν αυτή η τρομερή κοσμική θύελλα χτυπούσε ένα γαλαξία θα εξαφάνιζε όλα εκείνα τα συστατικά (αέρια, σκόνη) που είναι απαραίτητα για την παραγωγή άστρων. Με απλά λόγια ο γαλαξίας αυτός θα γινόταν άγονος. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Στίβεν Χόκινγκ: Απαραίτητος ο εποικισμός του διαστήματος για την επιβίωση της ανθρωπότητας. Stephen Hawking: space travel will save mankind and we should colonise other planets

Ο διάσημος φυσικός Στίβεν Χόκινγκ. Professor Stephen Hawking during a talk at the Science Museum.

Η διαστημική εξερεύνηση, και η ανάπτυξη τεχνολογιών που θα ανοίξουν τον δρόμο για τη δημιουργία αποικιών σε άλλους πλανήτες, είναι απαραίτητες για να διασφαλισθεί το μέλλον της ανθρωπότητας. Αυτό ανέφερε χθες ο διάσημος φυσικός Στίβεν Χόκινγκ, προσθέτοντας πως το μεγαλύτερο μειονέκτημα του ανθρώπινου είδους είναι η επιθετικότητα, η οποία με τα πυρηνικά οπλοστάσια θα μπορούσε να σημάνει το τέλος του πολιτισμού μας.

“It may have had survival advantage in caveman days, but now it threatens to destroy us all.”

Οι δηλώσεις του 73χρονου επιστήμονα έγιναν στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου, στο οποίο ξενάγησε χθες την Άνταϊζ Ουγιάνουα, νικήτρια του διαγωνισμού «Guest of Honour». Κατά τη διάρκεια της ξενάγησης, η 24χρονη Αμερικανίδα ρώτησε τον Χόκινγκ ποιο είναι το πιο αρνητικό χαρακτηριστικό της ανθρώπινης προσωπικότητας και, αντίθετα, ποιο χαρακτηριστικό του είδους μας θα ενίσχυε αν μπορούσε.

Νέους φόβους για την ύπαρξη του ανθρώπου διατύπωσε ο Στίβεν Χόκινγκ. Professor Hawking (file photo shown) was speaking at London's Science Museum. He said space travel is vital to the future of the human race. And he also said aggression should be replaced by empathy. 'A major nuclear war would be the end of civilisation, and maybe the end of the human race,' he said.

Όπως απάντησε, αυτό που θα ήθελε να εξαλειφθεί είναι η επιθετικότητα. «Μπορεί να αποτέλεσε πλεονέκτημα για τον άνθρωπο των σπηλαίων, ώστε να διεκδικήσει περισσότερη τροφή και μεγαλύτερο ζωτικό χώρο, σήμερα όμως απειλεί να μας καταστρέψει όλους. Ένας πυρηνικός πόλεμος ευρείας κλίμακας θα μπορούσε να καταστρέψει τον ανθρώπινο πολιτισμό και, ακόμη χειρότερα, το είδος μας», σημείωσε χαρακτηριστικά.

Στον αντίποδα, υποστήριξε πως το θετικότερο γνώρισμα του ανθρώπου είναι η ενσυναίσθηση, δηλαδή η ικανότητα να κατανοούμε και να ταυτιζόμαστε συναισθηματικά με τους γύρω μας.

The professor added that human space exploration was 'life insurance' for the human race and must continue. 'Sending humans to the moon changed the future of the human race in ways that we don't yet understand,' he said. Shown is an illustration of Nasa's Orion spacecraft.

Ο καθηγητής πρόσθεσε πως θα πρέπει να συνεχισθεί με ακόμη πιο γρήγορους ρυθμούς η εξερεύνηση του διαστήματος, αφού είναι η «ασφάλεια ζωής» που εγγυάται πως ο άνθρωπος θα συνεχίσει να υπάρχει. «Οι επανδρωμένες αποστολές στη Σελήνη άλλαξαν το μέλλον του είδους μας με τρόπους που προς το παρόν δεν έχουμε συνειδητοποιήσει», δήλωσε.

«Μπορεί να μην έλυσαν κάποιο άμεσο πρόβλημα εδώ στον πλανήτη Γη, ωστόσο άνοιξαν νέους δρόμους για την επίλυσή τους και δημιούργησαν νέες προοπτικές. Πιστεύω πως το απώτερο μέλλον της ανθρωπότητας βρίσκεται στο διάστημα. Κι αυτό γιατί ο εποικισμός άλλων πλανητών είναι μια σημαντική “ασφάλεια ζωής”, που θα μπορούσε να αποτρέψει την εξαφάνιση της ανθρωπότητας».

Το ενδεχόμενο ενός πυρηνικού πολέμου δεν είναι, πάντως, η μόνη απειλή για την ανθρωπότητα, σύμφωνα με τον Χόκινγκ. Τον περασμένο Δεκέμβριο, ο φυσικός υποστήριξε πως αυτό το μέλλον του ανθρώπου κινδυνεύει επίσης και από την πρόοδο της τεχνητής νοημοσύνης. Ο λόγος είναι πως η ανάπτυξη εξελιγμένων «σκεπτόμενων» μηχανών, που θα έχουν τη δυνατότητα να αυτενεργούν, θα μπορούσε να σημάνει το τέλος του είδους μας.

Μάλιστα, ένα μήνα αργότερα ο Χόκινγκ συνυπέγραψε με άλλους επιστήμονες και επιχειρηματίες όπως ο Έλον Μασκ μία ανοικτή επιστολή, ζητώντας να τεθούν κατευθυντήριες αρχές στην έρευνα, οι οποίες θα εξασφαλίζουν πως η τεχνητή νοημοσύνη θα συνεχίζει να εξελίσσεται προς όφελος της κοινωνίας.