Ад пацерак да ДНК. Як захаваць даныя на працягу мільёна гадоў?

Сёння даследчыкі вывучаюць новыя спосабы эфектыўнага захоўвання даных: кадаванне ў выглядзе ДНК ці выгравіраванне інфармацыі на шкляных пацерках.

Як доўга гэтыя прылады змогуць захоўвацца і ці можам мы сапраўды разлічваць на іх, вывучае BBC.

Істотная праблема

Большая частка нашых даных захоўваецца ў выглядзе адзінак і нулёў на магнітных стужках, такіх як жорсткія дыскі, але гэта далёка не ідэальнае рашэнне. Размагнічванне з'яўляецца вялікай праблемай: магніты губляюць сваё магнітнае поле з цягам часу, таму для надзейнага захавання даных важна перапісваць жорсткія дыскі кожныя некалькі гадоў.

Захоўванне даных таксама патрабуе вялізных цэнтраў апрацоўкі, якія выкарыстоўваюць вялікую колькасць энергіі, каб падтрымлівацца ў прахалодным стане. І гэта не ідэальны варыянт у свеце, схільным да энергетычных крызісаў.

Выказваюцца засцярогі, што прамысловасць проста не зможа паспяваць за стварэннем дастатковай колькасці жорсткіх дыскаў і сервераў.

Павялічыць

Навошта захоўваць вялізныя аб’ёмы інфармацыі

Але ці сапраўды нам трэба захоўваць усе гэтыя даныя і захоўваць іх так доўга? Адной з галоўных прычынаў з'яўляецца навука. Даследчыкі генеруюць беспрэцэдэнтныя аб'ёмы даных, і чым больш іх будзе, тым лепш. Радыётэлескопы і паскаральнікі элементарных часціц, такія як Вялікі адронны калайдар (LHC), напрыклад, генеруюць масу даных, і навукоўцы хочуць захаваць іх усе. Адзін толькі LHC вырабляе 90 петабайт (90 мільёнаў гігабайт) у год.

Глабальныя пагрозы, з якімі сутыкаецца чалавецтва, таксама прымушаюць нас захоўваць як інфармацыю, створаную чалавекам (напрыклад, мастацтва і навуку), так і ДНК усіх жывых істот, каб жыццё магло быць узноўлена ці на Зямлі, ці перанесена на іншыя планеты.

ДНК як носьбіт для захоўвання

Сёння даследаванні таго, як мы можам захоўваць лічбавыя даныя ўнутры ланцужкоў ДНК, развіваюцца ў выніку намаганняў па расшыфроўцы геному чалавека, сінтэзу ДНК і распрацоўцы метадаў геннай тэрапіі. Навукоўцы ўжо паспяхова закадзіравалі ў ДНК некаторыя фільмы, кнігі і камп’ютарныя аперацыйныя сістэмы. Многія даследчыкі лічаць, што яны знайшлі ідэальны носьбіт для неверагодна доўгатэрміновага захоўвання.

ДНК — гэта натуральны выбар, кажуць навукоўцы. Прырода выкарыстоўвала ДНК для захоўвання інфармацыі ў выглядзе геномаў і аптымізавала яе цягам многіх мільярдаў гадоў. Таму ДНК з пункту гледжання эфектыўнасці значна перасягае чалавечыя тэхналогіі.

Той факт, што навукоўцы могуць аднаўляць фрагменты ДНК даўно вымерлых жывёл, такіх як маманты, паказвае, што ДНК неверагодна трывалая. Даследчыкі сцвярджаюць, што ДНК можа быць чытальнай цягам ажно да 1.5 мільёна гадоў.

Аднак пры гэтым яна неверагодна далікатная. Ёсць мноства спосабаў знішчыць яе: вільготнасць, кіслоты і радыяцыя пашкоджваюць ДНК. Але ў халодных і сухіх умовах яе можна захоўваць сотні гадоў. Яшчэ лепш ДНК можна абараніць, інкапсуляваўшы яе ў іншыя матэрыялы, такія як шкляныя шарыкі, імітуючы тое, як генетычны матэрыял абаронены ў старажытных выкапнях. Гэта дапамагае абараніць ДНК як ад хімікатаў, так і ад цяпла. 

Дадатковая абарона можа быць атрымана ад размяшчэння яе ў фізічна бяспечным месцы. Захоўваць важныя для чалавецтва даныя ў інкапсуляванай ДНК у ледзяным сховішчы можна «практычна вечна», кажуць даследчыкі.

Яшчэ адна велізарная перавага заключаецца ў тым, што гэта неверагодна шчыльнае сховішча інфармацыі, не параўнальнае ні з адной іншай прыладай, створанай чалавекам. Прыблізна 33 зэтабайта даных, якія людзі вырабляць да 2025 года (1 зэтабайт = 1 073 741 824 тэрабайт), могуць быць уціснуты ў памер мяча для пінг-понга пры ДНК-захаванні. Таксама такое захоўванне практычна не будзе патрабаваць энергіі ў параўнанні з сённяшнімі варыянтамі.

Але навукоўцам яшчэ трэба вырашыць мноства недахопаў, такіх як празмерныя выдаткі, распрацоўка механізмаў хуткага запісу і чытання, а таксама ўразлівасць да мутацый або памылак.

Павялічыць

Альтэрнатывы

Аднак сінтэз ДНК будзе звязаны з рызыкай. Людзі могуць паспрабаваць выкарыстоўваць яго для захоўвання іншых рэчаў, акрамя даных. Тэарэтычна, людзі могуць сінтэзаваць вірусы або бактэрыі, ці нават стварыць чыюсьці ДНК і пакінуць яе на месцы злачынства. Улічваючы гэта, варта падумаць аб альтэрнатывах. 

Сцвярджаецца, што тэхналогія аптычнага захоўвання даных можа быць годным супернікам, бо можа праслужыць мільёны ці нават мільярды гадоў.

Інфармацыю выгравіроўваюць на трывалых дысках з крэмніевага шкла з дапамогай лазера, падобна таму, што выкарыстоўваецца ў хірургіі вачэй. Інтэнсіўныя кароткія лазерныя імпульсы сфакусаваныя асаблівым чынам, каб стварыць мікравыбух, які робіць малюсенькую дзірачку ў шкле. У такіх умовах могуць утварацца нанаструктуры, якія можна выкарыстоўваць для кадавання інфармацыі.

Працэс падобны да запісу DVD-дыскаў з выкарыстаннем лазерных палімераў або фарбавальнікаў, але тут структуры малюсенькія і неверагодна стабільныя, вытрымліваюць тэмпературу прынамсі да 1000 °C і не пашкоджваюцца радыяцыяй.

З дапамогай гэтай тэхналогіі ўжо захавана шмат інфармацыі, у прыватнасці Усеагульная дэкларацыя правоў чалавека, а Microsoft захавала ў шкле ўвесь фільм пра Супермэна 1978 года.

Але ж і для шырокага выкарыстання гэтага метаду трэба вырашыць праблемы хуткасці запісу і чытання, а таксама змяншэння кошту. Да таго ж шкляныя носьбіты інфармацыі, якія выкарыстоўваюцца тут, можна проста разбіць каменем.

Павялічыць

Найбліжэйшая перспектыва

Тым часам даследчыкі шукаюць таксама малекулярныя варыянты кадавання даных, якія не ўключаюць у сябе ДНК. Напрыклад, код можна стварыць, проста кантралюючы масу асобных малекул, калі розныя масы прадстаўляюць розныя камбінацыі 0 і 1. 

Даследчыкі кажуць, што захаванне вялізнай колькасці інфармацыі ў ДНК можа стаць даступным усяго праз некалькі дзесяцігоддзяў. 

У бліжэйшыя пяць-дзесяць гадоў гэтую тэхналогію хутчэй за ўсё пачнуць выкарыстоўваць для захоўвання даных, да якіх не трэба часта звяртацца (фінансавыя запісы або гістарычныя даныя). 

На пытанне, ці зможам мы аднойчы друкаваць уласную ДНК на прыладах дома, даследчыкі адказваюць, што ў нейкі момант гэта адбудзецца.

• 8
• 0
• 1
• 0
• 1
• 0
• 1
• 0