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DNA是個(gè)生物數據庫，存儲著(zhù)我們體內的海量基因代碼�？茖W(xué)家發(fā)現，它的這種能力其實(shí)還可以用來(lái)存儲外部信息，一克DNA即能儲存上千億個(gè)千兆字節，相當于1000億G的內容。 近日，哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所的研究人員將一本大約有5.34萬(wàn)個(gè)單詞的書(shū)籍編碼到不到一沙克(億萬(wàn)分之一克)的DNA（脫氧核糖核酸）微芯片中，連同文字一起的還有11張圖片和一段Java程序。這是迄今為止人類(lèi)使用DNA遺傳物質(zhì)儲存數據量最大的一次實(shí)驗，被刊登在最新《科學(xué)》期刊上。團隊負責人喬治·丘齊(GeorgeChurch)表示：“今后，拇指大小的設備或許就能存下整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的信息�！� DNA存儲的“野心” “利用DNA來(lái)存儲數據并不是一個(gè)新的概念。事實(shí)上，自從生物學(xué)確定了DNA結構，就有研究人員嘗試將其用于存儲和運算。北京華大基因研究中心醫學(xué)事業(yè)部主任甄二真告訴記者。 他介紹，DNA由4種堿基組成，分別為A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鳥(niǎo)嘌呤）及T（胸腺嘧啶），它們兩兩互補成對出現，共同構成了相互纏繞的雙鏈螺旋結構。DNA可以被視為四位運算存儲方式，存儲量比二位運算存儲大得多。 “目前通用的存儲模式都是二位運算的。為了存儲更多數據，早已有科學(xué)家嘗試過(guò)使用物理方法實(shí)現四位運算。但是技術(shù)上難以實(shí)現，只能出現"有"、"無(wú)"、"中間"三種狀態(tài)，也就是三位運算，無(wú)法實(shí)際操作�！闭缍嬲f(shuō)，與之相比，DNA是天然的四位運算，有四個(gè)不同狀態(tài)，與二位運算相比存儲量大、運算速度也快得多。 處于信息爆炸的時(shí)代，很多科學(xué)家嘗試以DNA存儲數據。比如今年年初，臺灣國立清華大學(xué)和德國卡爾斯魯厄技術(shù)研究所以三文魚(yú)的DNA作為基礎，制造出單次寫(xiě)入多次讀取的存儲器。不過(guò)，這個(gè)DNA存儲器的有效時(shí)長(cháng)只有30小時(shí)。 甄二真表示，這些DNA無(wú)法長(cháng)期存儲數據是因為研究人員使用的是來(lái)自活細胞的基因組，這些細胞不僅會(huì )死亡，而且還會(huì )分裂復制，對其中存儲的數據有致命性打擊。 合成DNA：改變存儲模式 為了排除細胞會(huì )死亡、分裂、變異而使數據內容發(fā)生改變的危險，丘奇率領(lǐng)的團隊避免使用活細胞，而是采用人工合成的DNA片段，并將片段用噴墨打印機嵌入到芯片上。 這一次，丘奇選擇存儲在合成DNA片段上的信息是他的著(zhù)作《再生：合成生物學(xué)將如何改變未來(lái)的自然和自己》。首先，他把書(shū)中的圖片、文字、程序轉化為HTML格式的文件，再將其編譯為由0和1組成的電腦能夠讀懂的二進(jìn)制數據。隨后，這些二進(jìn)制數據被轉化為四種堿基，即把0轉為A或C，把1轉成G或者T，并將其建立在DNA雙鏈螺旋結構上來(lái)。 至于讀取數據的過(guò)程其實(shí)就是測序，通過(guò)DNA測序儀將DNA序列中的編碼按順序排列，還原為二進(jìn)制格式的數據，用電腦“讀”出來(lái)。 盡管聽(tīng)起來(lái)很復雜，甄二真表示其中重要一步就是將二進(jìn)制數據轉化為4位運算數據（A、C、G、T），做成DNA鏈結構，這可以使存儲量按級數增長(cháng)。而以經(jīng)化學(xué)反應得到的合成DNA取代活細胞使得這項研究成果更符合現實(shí)意義。此前以細胞內DNA來(lái)存儲信息一直無(wú)法取得技術(shù)突破，只能在短期內保證數據安全，此次轉換思路是被《科學(xué)》認可的關(guān)鍵。 突破傳統存儲的極限 與目前流行的存儲方式相比，DNA存儲的最大優(yōu)勢就是單位存儲量大。北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院副教授陳光表示，現在使用的光介質(zhì)和磁介質(zhì)在存儲量上都幾乎達到了極限，這就需要研究其他存儲方式，比如DNA存儲這樣的生物介質(zhì)。 他告訴記者，磁介質(zhì)包括磁帶、磁盤(pán)、硬盤(pán)等。硬盤(pán)的存儲量可達上百G，但由于現在硬盤(pán)數據存儲密度提升的空間已經(jīng)有限，基本不太可能出現單碟1000G的硬盤(pán)，所以如果硬盤(pán)體積不變，容量難以實(shí)現大幅突破。而CD、DVD等光介質(zhì)存儲對表面積的要求更大，磁介質(zhì)可以分幾層存儲數據，光介質(zhì)只能單層平鋪保存信息，單位存儲量更小。 DNA可以很好地解決這一存儲量的問(wèn)題。甄二真表示，這不僅與四位運算的特性有關(guān)，也與DNA特有的雙鏈螺旋結構有關(guān)。這一結構可以把DNA序列壓縮得足夠小，整個(gè)立體空間都可以利用，比磁介質(zhì)和光介質(zhì)的平面存儲更具優(yōu)勢。按照哈佛團隊給出的數據，“一克DNA即能儲存上千億個(gè)千兆字節，相當于1000億G的內容”。 此外，合成DNA的穩定性也很優(yōu)秀。陳光介紹，磁介質(zhì)是建立在電磁的基礎上，工作環(huán)境受到限制，容易出現消磁等現象；而光介質(zhì)受環(huán)境影響小一些，但耐久性不理想。與這兩者相比，合成DNA不存在細胞死亡、變異等影響，在室溫下很穩定，甚至可以存放數萬(wàn)年而不變。 來(lái)源：北京青年報 |
