An algorithm
designed for streaming video on a cellphone can unlock DNA's nearly full
storage potential by squeezing more information into its four base nucleotides,
say researchers. They demonstrate that this technology is also extremely
reliable. Getty Images/iStockphoto
Ο
σκληρός δίσκος του μέλλοντος μπορεί να αποδειχθεί το ίδιο το μόριο της ζωής.
Καθώς η ανθρωπότητα σύντομα θα δυσκολεύεται να βρει αρκετούς σκληρούς δίσκους
και άλλα τεχνητά αποθηκευτικά μέσα για όλο αυτόν τον τεράστιο όγκο πληροφοριών
που η ίδια δημιουργεί και διακινεί, ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορούν
να μιμηθούν τη φύση και να χρησιμοποιήσουν το ίδιο μέσο όπου αποθηκεύονται οι
πληροφορίες της ζωής: το DNA.
Η
προσπάθεια αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων στο DNA ξεκίνησε το 2012, αλλά δεν είχε γίνει
μεγάλη πρόοδος έως σήμερα. Τώρα όμως, ερευνητές στις ΗΠΑ ανακοίνωσαν ότι
ανέπτυξαν μια νέα τεχνική κωδικοποίησης των πληροφοριών, η οποία μετατρέπει
αποτελεσματικά το ψηφιακό DΝΑ
σε βιολογικό DNA,
το οποίο μπορεί -με ένα ειδικό πρόγραμμα- να μετατραπεί ξανά σε ψηφιακό DNA και μάλιστα χωρίς καθόλου λάθη.
A copy of this 1895
French film, “Arrival of a train at La Ciotat,” was encoded into synthetic DNA
molecules and later retrieved using a new coding strategy developed by Yaniv
Erlich and Dina Zielinski at Columbia University and New York Genome Center.
Η
νέα μέθοδος τούς επέτρεψε για πρώτη φορά να συμπιέσουν (σε ένα master file) και μετά να αποθηκεύσουν στο μόριο της
ζωής έξι ψηφιακά αρχεία: ένα λειτουργικό σύστημα υπολογιστή, μια σύντομη
γαλλική ταινία του 1895, μία δωροκάρτα Amazon αξίας 50 δολαρίων, έναν ιό υπολογιστή, μία
πλάκα Pioneer και -τιμής
ένεκεν- μια μελέτη του 1948 από τον «πατέρα» της θεωρίας της πληροφορίας Κλοντ Σάνον.
Οι
επιστήμονες της Σχολής Μηχανικής & Εφαρμοσμένων Επιστημών του Πανεπιστημίου
Κολούμπια και του Κέντρου Γονιδιωματικής της Νέας Υόρκης, με επικεφαλής τον
καθηγητή επιστήμης των υπολογιστών Γιάνιβ Έρλιχ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση
στο περιοδικό «Science».
Η
αποθήκευση τόσου μεγάλου όγκου δεδομένων επιτεύχθηκε χάρη σε έναν αλγόριθμο (DNA fountain), που αρχικά σχεδιάσθηκε για την μετάδοση
(streaming) βίντεο σε
κινητά τηλέφωνα. Ο αλγόριθμος, με την κατάλληλη τροποποίηση, μετατρέπει τα
ψηφιακά δεδομένα (τα «0» και τα «1» του δυαδικού συστήματος των υπολογιστών) σε
βιολογικά δεδομένα (στις τέσσερις βάσεις-νουκλεοτίδια A, G,
C και Τ του μορίου του DNA). Μπορεί έτσι να «ξεκλειδώσει» τις
τεράστιες αποθηκευτικές ικανότητες της διπλής έλικας της ζωής, συμπιέζοντας
πολύ περισσότερες πληροφορίες.
Το
DNA, εκτός από τον
τεράστιο αποθηκευτικό «χώρο» του, μπορεί να διαρκέσει εκατοντάδες χιλιάδες
χρόνια, αν διατηρηθεί σε ψυχρό και ξηρό μέρος, όπως επιβεβαιώθηκε από την
πρόσφατη ανακάλυψη γενετικού υλικού στα οστά ενός σκελετού ηλικίας 430.000
ετών, που είχε διατηρηθεί σε ένα ισπανικό σπήλαιο.
«Το DNA δεν θα φθαρεί με το πέρασμα του χρόνου.
όπως οι κασέτες και τα CD και δεν θα είναι ποτέ απαρχαιωμένο – αν αυτό συμβεί, τότε πράγματι θα έχουμε
μεγαλύτερα προβλήματα»,
δήλωσε ο Έρλιχ.
In a study in Science,
researchers Yaniv Erlich and Dina Zielinski describe a new coding technique for
maximizing the data-storage capacity of DNA molecules. Credit: New York Genome Center
Η
νέα τεχνική αποθήκευσης «πακετάρει» 215 petabytes (215 εκατομμύρια gigabytes) δεδομένων σε ένα μόνο γραμμάριο DNA και κατά μέσο όρο 1,6 bits σε κάθε βάση του DNA, 60% περισσότερα δεδομένα από κάθε
προηγούμενη προσπάθεια, πράγμα που αποτελεί νέο παγκόσμιο ρεκόρ. «Πιστεύουμε ότι πρόκειται για τη συσκευή με
την μεγαλύτερη πυκνότητα αποθήκευσης δεδομένων που έχει ποτέ δημιουργηθεί»,
ανέφερε ο Έρλιχ.
Η
τεχνολογία είναι ακριβή προς το παρόν (κόστισε στους ερευνητές 9.000 δολάρια),
αλλά μελλοντικά αναμένεται το κόστος της να μειωθεί. Πρέπει επίσης να βελτιωθεί
η ταχύτητά της, επειδή είναι αργή σε σχέση με άλλα μέσα αποθήκευσης και
ανάκτησης δεδομένων.
Καθώς
όμως τα τελευταία δύο χρόνια, δημιουργήθηκαν περισσότερα δεδομένα παγκοσμίως
από όσα σε όλη την προηγούμενη ιστορία, είναι ολοφάνερο ότι είναι θέμα χρόνου
να επιστρατευθεί το DNA
ως σκληρός δίσκος.
