Произведет ли хранилище на основе ДНК революцию в хранении данных и поможет ли миру справиться с миллионами гигабайт информации, которую мы производим каждый день?
На протяжении десятилетий технологии хранения развивались. Мы перешли с компакт-дисков и дискет на жесткие диски и твердотельные накопители. Но есть проблема: объем доступных хранилищ не может справиться с данными, которые мы продолжаем производить. Решит ли проблему хранение с помощью ДНК?
Что такое хранилище данных на основе ДНК?
По сути, это технология использования молекул ДНК в качестве носителя данных. В отличие от существующих сегодня оптических и магнитных технологий хранения, данные в ДНК не будут храниться в виде единиц и нулей. Вместо этого они будут закодированы в нуклеотидные последовательности ДНК (A, C, G, T) и сохранены. Затем эти цепочки при необходимости преобразуются в двоичные числа.
В мире сейчас более 11 триллионов гигабайт данных, и каждый день добавляется как минимум 2,5 миллиона гигабайт. Имеющиеся в мире носители данных не могут справиться с таким массовым ростом. Хранение на основе ДНК действительно является одним из решений этой проблемы хранения.
Как работает хранилище данных на основе ДНК
ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, сложная органическая молекула, несущая в себе генетическую информацию живого существа. ДНК есть у всех людей и хранит такую информацию, как цвет кожи, цвет глаз, рост и другие физические и биологические характеристики.
Спираль ДНК состоит из нескольких и чередующихся пар четырех уникальных оснований. Это аденин (А), гуанин (Г), цитозин (С) и тимин (Т). Эти основания прикреплены к спирали ДНК парами, называемыми парами оснований.
В традиционных вычислениях данные хранятся в виде двоичных цифр (1 и 0). В хранилище данных на основе ДНК четыре нуклеотидных основания (A, C, G, T) хранят и кодируют данные. Информация хранится в тройках нуклеотидных остатков, называемых кодонами.
Хранение в ДНК включает три процесса: кодирование данных, их синтез и хранение, а также их декодирование. Двоичные коды, содержащие информацию, переводятся в коды ДНК или кодоны с помощью алгоритма. Затем их помещают в контейнер в прохладной и регулируемой среде. ДНК, несущая информацию, может быть:
- заморожена в растворе,
- храниться в виде капель,
- храниться на кремниевых чипах.
Сколько данных хранится в ДНК
Один грамм ДНК может хранить 215 петабайт данных. Петабайт равен 1024 терабайтам. Таким образом, один грамм ДНК может хранить примерно 220 160 терабайт.
Сравните это с современными технологиями — комментарии здесь излишни. Проще говоря, все данные в мире прямо сейчас могут поместиться в обувную коробку, используя хранилище данных ДНК.
Преимущества хранения данных с помощью ДНК
ДНК обеспечивает:
- высокую плотность хранения данных;
- значительно более длительный срок службы по сравнению с другими формами хранения — ДНК имеет период полураспада 500 лет;
- компактность,
- низкую восприимчивость к техническим и электрическим сбоям,
- воспроизводимость — данные, хранящиеся в ДНК, могут быть легко воспроизведены. Один из испытанных учеными методов заключается в том, чтобы вставить ДНК с сохраненной информацией в бактерию. Затем эта бактерия самостоятельно воспроизводит другое поколение бактерий, которые обладают той же информацией, хранящейся в первой ДНК, без каких-либо ошибок или потерь.
Перспективы
Ученые работают над тем, чтобы сделать чтение ДНК быстрее и дешевле. На данный момент информация, хранящаяся в ДНК, должна быть доставлена в лабораторию для декодирования в безошибочную двоичную информацию, а это занимает много времени.
Таким образом, может пройти некоторое время, прежде чем устройства для хранения данных на основе ДНК станут легкодоступными и дешевыми.
Сейчас продолжаются исследования в области этой технологии. Но через несколько лет данные, скорее всего, будут храниться именно в ДНК, и тем самым решатся основные проблемы сегодняшних хранилищ.
Поделиться
