Каждый из нас ежедневно размышляет на досуге об устройствах хранения данных. Кто-то без ума от своей новой флэшки, и играет с ней, словно с куколкой, укладывая спать и покупая ей игрушечные домики, кто-то обожает свой жёсткий диск, и не может уснуть, пока не вскроет системный блок и не погладит его. Есть люди, которые без ума от SD-карт, ПЗУ на ферритовых кольцах, виниловых пластинок, дискет, перфокарт, узелков на ленте, в конце концов. Способов хранения информации человечество изобрело несметное множество.
Однако только относительно недавно люди поняли, что абсолютно идеальное устройство хранения информации находится… внутри наших клеток!
Первое запоминающее устройство
Первым «жёстким диском» в истории был RAMAC 305, разработанный IBM в 50-х годах. Он весил всего лишь тонну. И мог хранить до 5 мегабайт информации. И вам понадобилось бы 31 такое устройство, чтобы содержать нам нём данные загрузочного файла приложения для какой-нибудь социальной сети. И то, наверное, не хватило бы.
К счастью, устройства хранения данных с годами постоянно совершенствуются. И нет нужды таскать за собой пару фур, гружёных запоминающими устройствами для того, чтобы посидеть в любое время в каком-нибудь мессенджере. На протяжении всей своей истории, начиная с самых Древних времён, мы использовали гибкие диски, компакт-диски, USB-накопители и SD-карты (шутка).
В настоящее время технологии хранения данных развиваются в сторону широкого использования так называемых «облачных сервисов», которые на самом деле представляют собой не что иное, как чудовищное количество огромных жёстких дисков, расположенных на объектах разных компаний. К которым мы можем получить доступ благодаря Интернету.
Проблемы хранения информации
Хотя устройства для хранения данных действительно существенно продвинулись вперёд, всё еще остаются нерешёнными три основные проблемы:
1 Объем данных, которые могут хранить запоминающие устройства (ЗУ) на единицу пространства, невелики. Из чего следует, что для обслуживания огромных жёстких дисков, на которых хранятся данные, необходимы большие помещения.
2 Высокие энергозатраты, необходимые для обеспечения ЗУ питанием.
3 Срок службы ЗУ, который обычно не превышает 5-7 лет.
ДНК как форма хранения данных
Для решения всех вышеперечисленных проблем учёные рассматривают в качестве возможного кандидата ДНК. Их логика проста – если возможно хранить всю информацию, необходимую для того, чтобы сложнейшее живое существо нормально функционировало, в таком маленьком пространстве, как ядро клетки, почему же, используя подобную технологию, нельзя хранить таким же образом и другие виды информации?
ДНК способна содержать огромное количество данных в очень маленьком объёме пространства. Потенциально можно уместить все данные, создаваемые человечеством за один год, всего в 4 граммах ДНК!
При этом хранение информации в ДНК не будет очень энергетически затратным, так как это очень стабильная молекула. Её период полураспада составляет около 500 лет. Хотя при правильных условиях (при низких температурах) она может просуществовать намного дольше.
Кроме того, работа с ДНК всегда была бы актуальна. Поскольку, пока человечество продолжает существовать, оно будет заинтересовано в том, чтобы иметь возможность изучать и модифицировать эту молекулу для собственной выгоды. Знание механизмов работы ДНК живых организмов позволит их модифицировать, например, для создания более здоровой пищи. Или для создания бактерий, производящих нужные лекарства. (Что уже, кстати происходит. Некоторые геномодифицированные бактерии уже сегодня производят человекоподобный инсулин).
Кроме того, в нашей ДНК содержится информация, определяющая всю нашу «биологию» (от роста или цвета глаз до предрасположенности к тем или иным заболеванием).
Как это работает?
После прочтения всего вышеописанного Вам, мой дорогой друг, наверняка стало интересно, как именно можно вставить информацию, которую мы обычно храним в электронных устройствах, в ДНК. Тут ничего сложного нет. Данные, хранящиеся в цифровых системах, закодированы в двоичной системе, то есть нулях и единицах. А информация, содержащаяся в ДНК, закодирована в системе, состоящей из четырёх азотистых оснований: аденина (А), тимина (Т), цитозина (Ц) и гуанина (Г).
Чтобы «перевести» бинарную систему в базовую систему ДНК, нам нужен алгоритм, содержащий инструкции, как это правильно сделать. Для этого существует несколько подходов. Ниже мы можем увидеть пример одного из них:
А =00
Т = 11
Ц =01
Г = 10
Таким образом, алгоритм даст нам в результате цепочку нуклеотидов, которые нужно синтезировать и в которых будет содержаться наша информация. Позже, если мы захотим восстановить её, нам нужно будет только произвести обратный процесс, секвенировав нашу цепочку ДНК, таким образом, чтобы узнать её нуклеотидную последовательность (например, AGTCTA) и «перевести» её обратно в двоичную систему.
Ну здорово же? Просто гениально.
Но забыли про овраги
Однако, как это всегда бывает, не всё так радужно и с этой технологией. Потому что, во-первых, на данный момент никто не заявил об авторских правах на разработку и создание технологии самой ДНК как инструмента кодирования информации. Кто-то же придумал её? (Шутка)
Во-вторых, её использование сегодня – довольно дорогое удовольствие (около 9000 долларов за сохранение и последующее восстановление 2 мегабайт).
В-третьих, такой подход к сохранению информации обеспечивает гораздо меньшую скорость чтения и записи, чем у обычных жёстких дисков. И может быть подвержен ошибкам. Например, если есть ошибки в последовательности синтезированной строки, это может привести к искажению всей содержащейся информации в более глобальном масштабе.
Тем не менее следует учитывать, что это очень новая технология. И у неё еще есть много возможностей для совершенствования.
Текущее и будущее использование технологии
Одним из признаков большого потенциала технологии хранения данных в ДНК является то, что крупные компании, такие как Microsoft, активно инвестируют в её развитие. Другой гигант, оказывающий услуги хранения данных, такой как Western Digital (WD), также проявляет интерес к этой теме. Фактически, эти две компании вместе с некоторыми другими создали специальную организацию – «Альянс по хранению данных в ДНК», которая стремится содействовать развитию этой технологии.
Которая, кстати уже используется и сегодня. Например, компания Carverr придумала сохранять пароли криптовалютных кошельков в ДНК. Таким образом у её клиентов всегда есть безопасная и неуязвимая резервная копия. Другой более известный пример — сериал «Биохакеры» от Netflix. Эта компания потокового контента решила сохранить все серии фильма в ДНК!
Кто знает, может быть, в будущем у наших компьютеров появится «молекулярная» часть, в которой мы сможем хранить информацию о своей ДНК.