آیا می‌توان همه عکس‌های دنیا را روی DNA ذخیره کرد؟

حجم اطلاعات در دنیا به حدی زیاد شده که دانشمندان به دنبال راهی برای ذخیره‌سازی آنها روی ساختارهایی به غیر از هارد و قطعات سخت‌افزاری دیگر هستند و یکی از آنها رشته‌های DNA است. در همین راستا، دانشمندان MIT با ابداع روش جدید، قصد دارند تمام اطلاعات دنیا را در فضایی به اندازه یک فنجان قهوه ذخیره کنند.

به گزارش گروه علم و فناوری باشگاه خبرنگاران دانشجویی(ایسکانیوز)؛ همین الان ۱۰ تریلیون گیگابایت (عدد ۱۰ با ۱۲ صفر جلویش) داده دیجیتال روی کره خاکی وجود دارد و هر روز از طریق ایمیل، عکس، توییت و سایر شبکه‌های اجتماعی ۲/۵ گیگابایت به آن اضافه می‌شود. بیشتر این داده‌ها در تاسیسات عظیمی معروف به اگزابایت (یک میلیارد گیگابایت) ذخیره می‌شوند که می‌تواند به اندازه چند زمین فوتبال باشد و ساخت و نگهداری آن حدود یک میلیارد دلار هزینه دربردارد.

از آنجا که معمولا دانشمندان در کارهای پژوهشی خود از طبیعت و بدن انسان الهام می‌گیرند، این بار نیز قصد دارند که راهکار جایگزینی برای ذخیره‌سازی اطلاعات در قطعات سخت‌افزاری پیدا کنند و چه چیزی بهتر از DNA انسان. چرا که DNA برای ذخیره مقادیر عظیم اطلاعات آن هم با چگالی بسیار بالا تکامل یافته است.

مارک باته، استاد مهندسی زیست دانشگاه MIT، یکی از طرفداران این رویکرد است و می‌گوید: یک فنجان قهوه پر از DNA می‌تواند همه داده‌های دیجیتال جهان را در خود ذخیره کند.

به گفته او، ما برای ذخیره این حجم عظیم داده که هر روز از سرتاسر جهان جمع‌آوری می‌شود، به ویژه داده‌های بایگانی، نیاز به راهکارهای جدیدی داریم. DNA هزار برابر از حافظه فلش چگال‌تر است و ویژگی خاص دیگری که دارد، این است که به محض دسترسی به پلیمر DNA، دیگر انرژی‌ای برای ذخیره اطلاعات مصرف نخواهد شد. می‌توانیم روی DNA محتوا را ذخیره کنیم و برای همیشه نگه داریم.

دانشمندان سال‌هاست که روی این زمینه تحقیق می‌کنند و قبلا نشان داده‌اند که می‌توان تصاویر و صفحاتی از متون را به صورت DNA رمزگذاری کرد. اما این کار، مستلزم یافتن روشی آسان برای پیدا کردن فابل مورد نظر از درون مخلوطی از چندین رشته DNA است. حال باته و همکارانش روشی را برای انجام این کار کشف کرده‌اند. آنها با کپسوله کردن هر پرونده داده در یک ذره سیلیس ۶ میکرومتری، رشته‌های کوتاه DNA را که نشان‌گذاری کردند تا محتوای آن را نشان دهد. محققان با استفاده از این روش، می‌توانند با دقت عکس‌های ذخیره شده به صورت توالی DNA را از مجموعه ۲۰ عکس بیرون بیاورند. با توجه به تعداد برچسب‌های احتمالی بیشتر، این روش می‌تواند تا هزار و ۲۰ پرونده را مقیاس‌بندی کند.

ذخیره‌سازی پایدار

سیستم‌های ذخیره‌سازی متون دیجیتال، عکس یا هر نوع اطلاعات دیگر را به صورت صفر و یک رمزگذاری می‌کنند. همین اطلاعات را می‌توان با استفاده از چهار نوکلئوتید سازنده کد ژنتیکی در DNA رمزگذاری کرد: A، T، G و C. به عنوان مثال، G و C می‌توانند نشان‌دهنده صفر و A و T نشان‌دهنده یک باشند.

سلول کوچک‌ترین واحد مستقل حیات است و برای همه فعالیت‌های خود به ماده ژنتیکی نیاز دارد که به طور عمده، از جنس DNA است. ساختمان DNA به نوبه خود، از واحدهایی به نام نوکلئوتید تشکیل شده که اگرچه تعداد آنها محدود است، اما مانند حروف الفبا، دنیای واژگان حیات را پدید می‌آورند. نوکلئوتیدها درون زنجیره DNA، ماده ژنتیکی همه موجودات زنده شناخته شده را تشکیل می‌دهند و آن را به نسل‌های بعدی منتقل می‌کنند. اما علاوه بر ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی، ‌ نقش‌های دیگری را نیز در سلول بر عهده دارند. به عنوان مثال، می‌توان به عملکرد آنها در قالب مولکول‌های حامل انرژی اشاره کرد. علاوه بر این، نوکلئوتیدها نقش‌هایی را در فرایندهای مربوط به سیگنالینگ (انتقال پیام) سلولی، متابولیسم و ‌واکنش‌های آنزیمی بر عهده دارند.

ساختار نوکلئوتید در یک رشته DNA

به گفته دانشمندان، DNA چندین ویژگی خوب برای ذخیره‌سازی دارد؛ یکی اینکه بسیار پایدار و سنتز و توالی آن بسیار آسان است. البته این کار هنوز خیلی گران تمام می‌شود. دوم اینکه به دلیل چگالی بالایی که دارد، می‌توان یک اگزابایت داده را در حجمی به اندازه کف دست ذخیره کرد. در مورد چگالی DNA می‌توان گفت که هر نوکلئوتید معادل حداکثر دو بیت و تقریبا یک نانومتر مکعب جا دارد.

DNA چندین ویژگی دیگر نیز دارد که آن را به عنوان یک ماده ذخیره ساز مطلوب می کند: بسیار پایدار است و سنتز و توالی آن بسیار آسان (اما گران) است. همچنین، به دلیل چگالی زیاد آن - هر نوکلئوتید، معادل حداکثر دو بیت، تقریباً 1 نانومتر مکعب است - یک اگزابایت داده ذخیره شده به دلیل قرار گرفتن DNA در کف دست شما.

یکی از موانع ذخیره‌سازی این نوع داده‌ها، هزینه سنتز چنین مقادیر زیادی از DNA است. در حال حاضر نوشتن یک پتابایت داده (یک میلیون گیگابایت) حدود یک تریلیون دلار هزینه دارد. باته پیش‌بینی می‌کند که این هزینه‌ها طی یک یا دو دهه آینده به طرز چشمگیری کاهش بیابد.

جدا از هزینه، مانع اصلی استفاده از این روش برای ذخیره داده، مشکل در انتخاب فایل مورد نظر از بقیه است. فکر کنید که شما قصد دارید یک فایل را از میان این حجم از اطلاعات فراخوان کنید؛ مثل این است که بخواهید یک سوزن را در انباری از کاه پیدا کنید!

فراخوانی فایل

تیم تحقیقاتی MIT تکنیک جدیدی را برای فراخوانی فایل در سیستم ذخیره‌سازی مبتنی بر DNA کشف کرده که شامل کپسوله کردن هر پرونده DNA در یک ذره کوچک سیلیس است. هر کپسول با بارکد DNA تک رشته‌ای برچسب می‌خورند که با محتوای پرونده مطابقت دارد. آنها برای نشان دادن مقرون به صرفه بودن این روش، ۲۰ تصویر مختلف را در رشته‌ای DNA با طول حدود ۳ هزار نوکلئوتید رمزگذاری کردند که معادل حدود ۱۰۰ بایت است.

هر پرونده بارکدی مربوط به برچسب‌هایی مانند «گربه» یا «هواپیما» دارد و زمانی که محققان می‌خواهند یک تصویر خاص را فراخوانی کنند، نمونه‌ای از DNA را برمی‌دارند که با برچسب‌های مورد نظرشان مطابقت داشته باشد. به طور مثال، «گربه»، «نارنجی» و «وحشی» برچسب‌هایی هستند که برای تصویر یک ببر تعریف شده است.

برچسب‌ها با ذرات فلورسنت یا مغناطیسی بارکد می‌شوند تا فراخوانی و شناسایی فایل‌ها به صورت راحت‌تر انجام گیرد و زمانی که فایلی فراخوان می‌شود، فایل‌های دیگر در DNA سالم باقی بمانند و دوباره ذخیره شوند. در واقع روند فراخوانی آنها با کمک عبارات منطقی مشابه آن چیزی است که با جستجوی تصویر در گوگل بازیابی می‌کنید.

کد خبر: 1099618

برچسب‌ها

نظر شما

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
  • نظرات حاوی توهین و هرگونه نسبت ناروا به اشخاص حقیقی و حقوقی منتشر نمی‌شود.
  • نظراتی که غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با خبر باشد منتشر نمی‌شود.
  • 6 + 9 =