English 繁体中文

您现在的位置: 北京新发展集团 >> 重要信息 >> 国际展望 >> 正文
DNA存储,开启数据新时代                

  数据新时代

  忘了磁盘、磁带、芯片和U盘这些磁性介质吧,那都是上个世纪的事了。云盘?它只是你看不到但确实存在某处的网络储存空间。所有这些与如今最前沿的DNA存储相比,都显得老态龙钟。是的,脱氧核糖核酸似乎为数据存储带来了新的解答。

  存储的未来是什么?

  DNA存储!这一定是很奇妙的事情,但你无法想象这会是怎样的画面。只能在显微镜下才能看到?能否将你的所有数据备份到DNA然后将其植入人体内?储存全球所有人的档案(包括家庭相片、自拍文件、影像资料、音乐文件和个人信息等),只需一个不到100平方米的房间。可以确定的是,在未来半个世纪里,甚至更短的时间内,DNA确实能够储存数量惊人的信息,比如照片、书籍、音乐,甚至是视频!这一点也不“科幻”,事实上,在科学家完全绘制出基因组图谱之前,在破解核苷酸的密码过程中,少数人就已经想到这种生命结构单元的新用途。看上去,这些双螺旋能做的不仅仅是承载蓝色眼睛、微积分天才或是三分线外远射能力的基因。那些扭曲的淘气鬼也可以用来存储数据。这里的数据指的是我们过去几年间涉及到的——大数据、物联网数据、网络数据、移动数据、社交数据。

  科学家几年前就了解到这个事实,人们已经知道怎么在DNA上保存数据了。2016年4月,著名的好莱坞影视技术公司特艺集团研发团队发布的一则消息引起了轰动,他们宣称自己已经在几段DNA上储存了100万份《月球旅行记》的拷贝,那是一部由电影艺术先驱、法国导演乔治·梅里爱于1902年拍摄的电影。特艺集团的成就并非首创。早在2012年和2013年,就有两个团队将一本300页的书、若干图像、一个PDF文件,甚至声音成功地储存在了DNA上。新奇之处在于其所编码的信息类型。这是人类第一次成功地把视频资料储存到了DNA上。这也意味着现在已经可以在这种分子上存储一切数码信息。

  生物分子变身硬盘

  这个消息来得正是时候!如今,人类产生越来越多的信息,而储存它们变得越来越困难。在电脑和手机的时代,我们现在每年制造出来的数据要比人类有文字以来产生的数据总和还要多!预计从2013年到2020年,这一数据量将增长11倍,且这种趋势并无逆转迹象。根据数据储存专业公司易安信的计算,如果用内存为128GB的苹果iPad Air来储存这些数据,那所需的苹果iPad Air叠起来可以在地球到月球之间堆6次。数字化信息数量的飞速增长很快就会令人应接不暇,人类呼唤比现有储存系统更高效的新系统。DNA存储恰能满足以上需求。作为最古老的信息储存系统,数十亿年来,它一直是生物遗传信息的载体,DNA能将数量惊人的数据储存在极小的体积里,因此也是最高效的:在体积不到一只蚂蚁的百分之一的人类细胞核中,DNA包含有35亿对碱基,而碱基是编码遗传信息最基本的材料。在硬盘上,信息以字节0或1的形式记录,每个字节要占200纳米(0.0002毫米)的空间;而在DNA上,记录一个字节只需0.2~0.3纳米。

  如今,谷歌和亚马逊为了储存数据,需要多个面积数倍于标准足球场的数据中心的支持,而且这还很耗电。而用DNA这种新型载体,只需一个汽车后备箱就能满足它们所有数据的储存需求!DNA在储存体积上的优势也引起了电影公司的兴趣。仅就我国而言,每年要拍摄上千部电影和电视剧,这将产生庞大的数据量。一首MP3格式的歌曲差不多有4MB,但是一部长达两小时的电影,即使压缩成MP4的格式,也要占据700MB。有了DNA储存技术,现在可以成功地把自20世纪以来拍摄的所有影片都储存在两到三个火柴盒里!

  那么,特艺集团的科学家又是如何把100万份电影拷贝存到DNA上的呢?过程并不容易,为此他们还请来美国基因学家乔治当顾问,因为早在2012年,他就成功地把一本300页的书存到了DNA上面。他们首先将梅里爱的电影数码化,转化成电脑能识读的二进制语言,也就是转化成一系列0和1的编码。然后研究人员将这些二进制编码转化成由4个碱基(A、C、G、T)构成的DNA编码。得到这串编码后,就能制成相应的DNA序列,并在合成器(一种能自动拼接A、C、G、T的机器)的帮助下,拷贝数千份。这样就获得了一些DNA片段,它们如头发丝一样漂浮在装有液体的玻璃容器里,每一份都包含着电影的一个片段。

  未来道路一片光明

  接着就要证实反向操作的可行性了,也就是从这些片段中读取电影。研究人员使用了另一种名为排序器的机器,它能自动按序读取DNA分子里A、C、G、T序列。电脑接手完成剩余工作,把这一系列编码转化成一连串0和1,再把二进制编码转成图像。只需一天不到的时间,就能将电影精准重现。不过,目前这项技术还在实验阶段:现在把电影转化成能漂在试管里的DNA要花费一个多月的时间!但是前景一片光明。尤其是因为DNA储存的另一张王牌就是它的持久性。只要储藏空间保持寒冷干燥且避光,保存时效就可长达数世纪,甚至更长。人们在冰层里发现了几万年前猛犸象的DNA,还能成功将其破译出来,就是最好的证明。

  现有的其他载体,无论是硬盘、CD还是DVD,最多只能保存数十年,过了这个期限,首先硬件就会更新换代,再也找不到能读取它们的机器了!但DNA储存就没有此类问题:只要有人类存在,就一定会有破译编码的技术。不过DNA储存还无法立即取代硬盘。读取(排序)尤其是写入(合成)所需的时间还是太漫长了。排序最快也要几个小时,而合成则需要花上几周的时间。不仅如此,这两个步骤目前耗资甚巨,合成成本可达数百甚至数千欧元。但数十年后,或许DNA储存就会普及,要知道此类技术的花费会大幅降低。比如与2002年时相比,如今DNA测序费用仅为当初的5万分之一!对于没有迫切使用需求的信息,我们就可以考虑用DNA来储存。事实上,DNA储存已经引起了电影公司、博物馆、档案馆,还有诸如亚马逊、谷歌这类有长期信息储存需求机构的兴趣。信息技术巨头微软公司即于2016年4月28日宣布,将购买1000万条DNA,用于研究数据储存。毫无疑问DNA存储浑身都散发着未知的光芒,不久的将来人类会迎来一个全新的数据存储新时代。



  • 上一个文章:


  • 下一个文章:

  • 2018/1/29 14:47:04   

    版权所有:北京新发展集团 Copyright(C)2011 Corporation All Risghts Reserved 京ICP备05017792号 Tel:010-69376291
    友情链接:快赢彩票官网  永利彩票平台  万利彩票官网  万利彩票  万利彩票  

    免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!