Кассета, которая помнит всё: как ДНК может хранить каждую написанную в истории песню
Исследователи создали «кассетную ленту», которая хранит цифровые данные в виде нитей ДНК на тонкой пластиковой ленте
Кассета, которая помнит всё: как ДНК может хранить каждую написанную в истории песню/unsplash
Первый прототип содержит 36 петабайт, что составляет около одного миллиона гигабайт информации — этого достаточно, чтобы хранить более трёх миллиардов песен. Цифровые файлы в этой системе преобразуются в последовательности A, T, C и G — четырёх букв ДНК, которые несут генетическую информацию.
Детали
Эти последовательности затем заменяют нули и единицы, которые используют компьютеры. Команда печатает короткие синтетические нити ДНК в виде крошечных точек на гибкой пластиковой плёнке. Затем они разрезают и сворачивают эту плёнку в тонкую ленту, которая может плавно перемещаться между катушками.
Работу возглавил Синьюй Цзян, биомедицинский инженер из Южного университета науки и технологий (SUST) в Шэньчжэне. Его исследования сосредоточены на создании устройств на основе ДНК, которые могут хранить информацию и выполнять полезные молекулярные задачи.
Исследователи хотели, чтобы кассета была совместима с ДНК-машинами, уже используемыми в лабораториях. Это означало разработать ленту таким образом, чтобы стандартные инструменты для записи ДНК и инструменты для секвенирования могли взаимодействовать с каждым участком по очереди.
Для хранения данных вдоль ленты блоки белого пространства впитывают раствор ДНК. Чёрные полосы, покрытые водоотталкивающими чернилами, предотвращают растекание жидкости в стороны. Каждый белый блок содержит отдельный фрагмент ДНК, создавая крошечный раздел — маленький отдельный участок для хранения на ленте.
Исследователи подсчитали, что на ленте длиной чуть больше полумили находится около 550 000 таких файловых слотов. Небольшой оптический сканер отслеживает штрихкоды, пока двигатели вращают ленту, выбирая нужный раздел, как только появляется его рисунок.
Во время тестов система могла находить около 1570 различных позиций файлов в секунду вдоль движущейся ленты.
Глобальный объём цифровых данных быстро растёт, поскольку всё больше людей просматривают медиа, совершают покупки онлайн и подключают устройства к интернету. Один отраслевой анализ прогнозирует, что общий объём сохранённых данных может достичь примерно 175 триллионов гигабайт к середине 2020-х годов.
Хранение всех этих данных онлайн потребляет электроэнергию в огромных дата-центрах размером со склады — зданиях, заполненных серверами, которые работают круглосуточно.
В недавнем отчёте Министерства энергетики США отмечается, что дата-центры уже используют около 4,4 процента электроэнергии Соединённых Штатов.
ДНК как материал в принципе может упаковать огромные объёмы данных в крошечную массу. Команда, изучавшая кассеты, отмечает, что один грамм ДНК может хранить около 455 эксабайт, примерно миллиард гигабайт каждый.
Исследования древних костей показывают, что нити ДНК медленно разлагаются на протяжении столетий. На основе этих измерений исследователи оценили период полураспада ДНК, время, необходимое для разрушения половины молекул, примерно в 521 год в погребённых образцах.
Чтобы сохранить ДНК в безопасности, исследователи покрыли разделы кристаллической оболочкой, изготовленной из металлического органического каркаса, который блокирует воду и ферменты. Предыдущие исследования показали, что ДНК, запечатанная внутри материалов на основе кремнезёма, может хранить цифровую информацию на протяжении веков даже при повышенных температурах.
Нагревая покрытые ленты в течение недель и отслеживая повреждения, команда подсчитала, что ДНК может сохраняться более трёх столетий при комнатной температуре. Они также подсчитали, что в более холодных условиях, таких как высокогорные хребты, ДНК может оставаться читаемой десятки тысяч лет.
Несмотря на огромную ёмкость, кассета очень медленная по сравнению с привычными устройствами хранения данных. Во время демонстрации копирование данных на ленту и обратно занимало десятки минут для файла объёмом всего несколько сотен килобайт.
Синтез больших пулов цепочек ДНК всё ещё является дорогим, и многие секвенаторы — это громоздкие инструменты, которые размещаются в специализированных лабораториях.
Исследователи надеются, что с уменьшением затрат на биотехнологии и появлением более быстрой химии кассетное хранение ДНК станет практичным способом архивирования данных.
Ранее мы сообщали, что компания Science из Японии объявила о начале коммерческого производства необычной новинки — капсулы Mirai Ningen Sentakuki, что переводится как "Человеческая стиральная машина будущего". Устройство, которое разрабатывали шесть лет, будет стоить около 60 миллионов иен или 385 тысяч долларов. Всего планируется выпустить только пятьдесят экземпляров.
Вас может заинтересовать:
Не пропустите интересное!
Подписывайтесь на наши каналы и читайте новости в удобном формате!
