Ένα βήμα για τη χρήση του DNA ως μέσου αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων
που θα αντικαταστήσει τους σκληρούς δίσκους, οι οποίοι έχουν μειωμένη
χωρητικότητα και περιορισμένη αντοχή στον χρόνο, έκαναν επιστήμονες από
το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Ζυρίχη.
Οι επιστήμονες απέδειξαν πως, κωδικοποιώντας ψηφιακές πληροφορίες σε αλληλουχίες των τεσσάρων νουκλεοτιδίων του γενετικού κώδικα, οι πληροφορίες αυτές θα μπορούν να «διαβασθούν» ακόμη και μετά από 2.000 χρόνια.
Η ομάδα παρουσίασε το επίτευγμά της χθες, στο ετήσιο συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Χημικών. «Στη μεσαιωνική Ευρώπη, οι καλόγεροι αντέγραφαν σημαντικά έργα για να τα διαδώσουν στις επόμενες γενιές, με συνέπεια πολλά από αυτά τα αντίγραφα να υπάρχουν μέχρι σήμερα», ανέφερε ο Ρόμπερτ Γκρας, μέλος της ομάδας. «Πλέον αποθηκεύουμε τις πληροφορίες σε σκληρούς δίσκους, οι οποίοι καταστρέφονται σε λίγες δεκαετίες».
Την ίδια στιγμή, οι νέες τεχνολογίες έχουν προκαλέσει έκρηξη στον όγκο των παραγόμενων πληροφοριών, κάτι που σημαίνει πως χρειαζόμαστε αποθηκευτικά μέσα με μικρό μέγεθος και μεγάλη χωρητικότητα. Μία ανάγκη στην οποία μπορεί επίσης να απαντήσει το DNA.
«Λίγο μετά την ανακάλυψη της διπλής έλικας, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν πως η γλώσσα κωδικοποίησης που χρησιμοποιεί η φύση είναι παρόμοια με τη δυαδική “γλώσσα” των υπολογιστών», σημείωσε ο ερευνητής. «Σε έναν σκληρό δίσκο, χρησιμοποιούμε αλληλουχίες 1 και 0 για να αναπαραστήσουμε τα δεδομένα, κάτι που στην περίπτωση του DNA γίνεται με τέσσερα νουκλεοτίδια, την αδενίνη, τη θυμίνη, την κυτοσίνη και τη γουανίνη».
Θεωρητικά, σε μόλις 28 γραμμάρια γενετικού υλικού μπορούν να αποθηκευτούν 300.000 terabyte ψηφιακών δεδομένων, τη στιγμή που ένας σκληρός δίσκος με μέγεθος βιβλίου έχει χωρητικότητα μόλις 5 terabyte. Επίσης, ένας τέτοιος σκληρός δίσκος δεν έχει μεγαλύτερη διάρκεια «ζωής» από 50 χρόνια, ενώ αντίθετα οι αρχαιολόγοι έχουν εντοπίσει ανέπαφο γενετικό υλικό ηλικίας χιλιάδων ετών.
Οι Ελβετοί ερευνητές επιστράτευσαν τα «γράμματα» της γενετικής αλφαβήτου για να κωδικοποιήσουν σε ψηφιακή μορφή κείμενα μεγέθους 83 kilobyte.
Στη συνέχεια, έκλεισαν το γενετικό υλικό μέσα σε σφαίρες πυριτίου, τις οποίες θέρμαναν στους 71 βαθμούς Κελσίου για μία εβδομάδα – το οποίο ισοδυναμεί με το να τις είχαν εκθέσει σε θερμοκρασία 10 βαθμών Κελσίου για 2.000 χρόνια. Όταν επιχείρησαν αργότερα να «διαβάσουν» τα κείμενα, διαπίστωσαν πως τα δεδομένα δεν είχαν αλλοιωθεί.
Η επόμενη πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να βρουν έναν τρόπο για τη «στοχευμένη» πρόσβαση στις πληροφορίες. «Στην αποθήκευση μέσω DNA, αυτό που γίνεται είναι να επικαλύπτεται μία σταγόνα υγρού με βιομόρια που κωδικοποιούν τα δεδομένα. Προς το παρόν, “διαβάζουμε” όλες τις πληροφορίες στη σταγόνα, χωρίς να μπορούμε να επιλέξουμε μία συγκεκριμένη περιοχή της και να αποκωδικοποιήσουμε τις πληροφορίες που βρίσκονται αποθηκευμένες μόνον εκεί», σημειώνει ο Γκρας.
Επίσης, όπως συμβαίνει με πολλές νεοεμφανιζόμενες τεχνολογίες, η συγκεκριμένη μέθοδος αποθήκευσης είναι αρκετά ακριβή – η κωδικοποίηση λίγων megabyte δεδομένων κοστίζει μερικές χιλιάδες δολάρια.
Αυτό σημαίνει πως, όταν γίνουν πραγματικότητα οι πρώτοι «σκληροί δίσκοι» από γενετικό υλικό, τουλάχιστον σε πρώτη φάση δεν πρόκειται να κυκλοφορήσουν σαν εξαρτήματα των οικιακών υπολογιστών, αλλά μάλλον θα χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ιστορικών κειμένων ή άλλων ντοκουμέντων που αξίζει να μεταβιβασθούν στις επόμενες γενιές.
Οι επιστήμονες απέδειξαν πως, κωδικοποιώντας ψηφιακές πληροφορίες σε αλληλουχίες των τεσσάρων νουκλεοτιδίων του γενετικού κώδικα, οι πληροφορίες αυτές θα μπορούν να «διαβασθούν» ακόμη και μετά από 2.000 χρόνια.
Η ομάδα παρουσίασε το επίτευγμά της χθες, στο ετήσιο συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Χημικών. «Στη μεσαιωνική Ευρώπη, οι καλόγεροι αντέγραφαν σημαντικά έργα για να τα διαδώσουν στις επόμενες γενιές, με συνέπεια πολλά από αυτά τα αντίγραφα να υπάρχουν μέχρι σήμερα», ανέφερε ο Ρόμπερτ Γκρας, μέλος της ομάδας. «Πλέον αποθηκεύουμε τις πληροφορίες σε σκληρούς δίσκους, οι οποίοι καταστρέφονται σε λίγες δεκαετίες».
Την ίδια στιγμή, οι νέες τεχνολογίες έχουν προκαλέσει έκρηξη στον όγκο των παραγόμενων πληροφοριών, κάτι που σημαίνει πως χρειαζόμαστε αποθηκευτικά μέσα με μικρό μέγεθος και μεγάλη χωρητικότητα. Μία ανάγκη στην οποία μπορεί επίσης να απαντήσει το DNA.
«Λίγο μετά την ανακάλυψη της διπλής έλικας, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν πως η γλώσσα κωδικοποίησης που χρησιμοποιεί η φύση είναι παρόμοια με τη δυαδική “γλώσσα” των υπολογιστών», σημείωσε ο ερευνητής. «Σε έναν σκληρό δίσκο, χρησιμοποιούμε αλληλουχίες 1 και 0 για να αναπαραστήσουμε τα δεδομένα, κάτι που στην περίπτωση του DNA γίνεται με τέσσερα νουκλεοτίδια, την αδενίνη, τη θυμίνη, την κυτοσίνη και τη γουανίνη».
Θεωρητικά, σε μόλις 28 γραμμάρια γενετικού υλικού μπορούν να αποθηκευτούν 300.000 terabyte ψηφιακών δεδομένων, τη στιγμή που ένας σκληρός δίσκος με μέγεθος βιβλίου έχει χωρητικότητα μόλις 5 terabyte. Επίσης, ένας τέτοιος σκληρός δίσκος δεν έχει μεγαλύτερη διάρκεια «ζωής» από 50 χρόνια, ενώ αντίθετα οι αρχαιολόγοι έχουν εντοπίσει ανέπαφο γενετικό υλικό ηλικίας χιλιάδων ετών.
Οι Ελβετοί ερευνητές επιστράτευσαν τα «γράμματα» της γενετικής αλφαβήτου για να κωδικοποιήσουν σε ψηφιακή μορφή κείμενα μεγέθους 83 kilobyte.
Στη συνέχεια, έκλεισαν το γενετικό υλικό μέσα σε σφαίρες πυριτίου, τις οποίες θέρμαναν στους 71 βαθμούς Κελσίου για μία εβδομάδα – το οποίο ισοδυναμεί με το να τις είχαν εκθέσει σε θερμοκρασία 10 βαθμών Κελσίου για 2.000 χρόνια. Όταν επιχείρησαν αργότερα να «διαβάσουν» τα κείμενα, διαπίστωσαν πως τα δεδομένα δεν είχαν αλλοιωθεί.
Η επόμενη πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να βρουν έναν τρόπο για τη «στοχευμένη» πρόσβαση στις πληροφορίες. «Στην αποθήκευση μέσω DNA, αυτό που γίνεται είναι να επικαλύπτεται μία σταγόνα υγρού με βιομόρια που κωδικοποιούν τα δεδομένα. Προς το παρόν, “διαβάζουμε” όλες τις πληροφορίες στη σταγόνα, χωρίς να μπορούμε να επιλέξουμε μία συγκεκριμένη περιοχή της και να αποκωδικοποιήσουμε τις πληροφορίες που βρίσκονται αποθηκευμένες μόνον εκεί», σημειώνει ο Γκρας.
Επίσης, όπως συμβαίνει με πολλές νεοεμφανιζόμενες τεχνολογίες, η συγκεκριμένη μέθοδος αποθήκευσης είναι αρκετά ακριβή – η κωδικοποίηση λίγων megabyte δεδομένων κοστίζει μερικές χιλιάδες δολάρια.
Αυτό σημαίνει πως, όταν γίνουν πραγματικότητα οι πρώτοι «σκληροί δίσκοι» από γενετικό υλικό, τουλάχιστον σε πρώτη φάση δεν πρόκειται να κυκλοφορήσουν σαν εξαρτήματα των οικιακών υπολογιστών, αλλά μάλλον θα χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ιστορικών κειμένων ή άλλων ντοκουμέντων που αξίζει να μεταβιβασθούν στις επόμενες γενιές.
