Много лет назад мир был поражен, узнав, что в Интернете собрано больше информации о деятельности человека, чем было записано за тысячи лет истории человечества. Но с каждым днем информационный уклад усложняется, и нам, возможно, придется искать новые способы хранения информации.
Как оказалось, ДНК, из которой мы все состоим, может дать нам ключ к созданию идеального органического жесткого диска.
Согласно материалам недавнего исследования, опубликованным в журнале Nature Communications, ученым удалось разработать новый способ хранения данных, используя для этого отдельные структуры, составляющие ДНК, из которых можно извлекать информацию с помощью микроскопа.
Флуоресцентные паттерны в ДНК могут хранить горы данных
Созданный учеными прототип может хранить информацию в цепочках ДНК, разделенных промежутками в 10 нанометров. Это расстояние составляет менее одной тысячной диаметра человеческого волоса и примерно одну сотую размера живой бактерии.
Разработчики протестировали цифровую память нуклеиновых кислот (dNAM), закодировав в них текстовое предложение: «Данные хранятся в нашей ДНК / n».
Раньше для получения данных, хранящихся в ДНК, требовалось проводить ее секвенирование, включающее считывание генетического кода нитей ДНК. Это важный инструмент в биологии и медицине, но для технологии использования памяти ДНК он не очень эффективен.
Структуры ДНК размещали друг от друга на расстоянии менее половины длины волны видимого света, что дало исследователям возможность использовать микроскоп со сверхвысоким разрешением и избежать так называемого дифракционного предела света. Это позволило наблюдать, считывать и извлекать закодированные данные без выполнения трудоемкого секвенирования ДНК.
Оказалось, что элементы ДНК в виде «крючка», представляющие собой образцы сплетенных нитей ДНК, «светятся», когда с ними связывается матричный элемент ДНК с флуоресцентными метками.
А поскольку флуоресцентные нити ДНК короткие, они быстрее связываются и разъединяются, создавая эффект «мигания», отличающий один участок от другого, и упрощая тем самым процесс считывания закодированной информации.
Исследователи использовала флуоресцентные метки каждой матричной структуры ДНК для кодирования и хранения данных.
Закодированные в нитях ДНК данные могут храниться 500 лет
С помощью микроскопа ученые получили изображения сотен тысяч «крючков» ДНК за один раз, что позволило алгоритму корректировки ошибок получить все данные.
После обработки алгоритмом всех битов прототип биодекодера смог считывать данные со скоростью 330 гигабит на квадратный сантиметр.
Надо признать, что эта технология не скоро появится в смартфонах или ноутбуках, но использование ДНК как хранилища имеет невероятный потенциал для сохранения архивных данных умопомрачительных объемов.
К примеру, наши гены могли бы хранить все электронные письма, твиты, музыку, фотографии, фильмы и книги, которые когда-либо существовали за всю историю человечества, в устройстве размером с маленькую шкатулку для бижутерии.
И эти данные будут сохраняться без искажений на протяжении веков - поскольку период полураспада биомолекулы составляет более 500 лет. Полтысячелетия!
В своей работе ученые использовали накопленные наукой за многие годы достижения в области хранения данных в ДНК. В 2020 году была разработана масштабируемая система хранения данных на основе ДНК, в которой задействовалась только одна нить ДНК. Полученный тогда опыт позволил исследователям устранить ряд ключевых проблем, затруднявших практическое внедрение ДНК-технологий.
Технология хранения информации в ДНК имеет явное преимущество перед другими технологическими альтернативами, такими как квантовые вычисления. Не только потому, что она подтверждена существованием человечества и живой природы на протяжении тысячелетий, но и потому, что она уже может сохранить на века все то, что создано в богатой культуре человечества.
Разработка технологии находится на начальном этапе, но она открывает невероятные перспективы, и можно предположить, что ученые не упустят такого шанса.
А может информация, выбитая не камне все-таки сохранится надежнее? Что вы думает по этому поводу? Пишие в комментариях, ставьте лайки и подписывайтесь на канал.