DNA 储存全球数据不算什么,现在代谢分子也能做到了

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07-09 10:10

两周前,16G 的维基百科文本被储存进一个 DNA 里

全球每年产生的数据,原本需要 4180 亿个 1TB 硬盘才能放下,初创公司 Catalog 当时证明只需要 1kg DNA 就可以做到。

▲ 图片来自:CNET

但 DNA 并不是唯一的生物储存载体。

现在又有了一种更简单的方法来储存信息——人工代谢的分子。

据布朗大学科学家最新的研究成果,含有糖,氨基酸和其他类型小分子的溶液也能储存数据。

▲由磷酸肌酸产生的晶体,一种类似于新数字存储设备中使用的代谢物. 图片来自:Antonio Romero / SPL

研究人员利用液体处理机器人,将数千字节的图像文件编码写入合成代谢物,数据包括埃及猫、北山羊和锚的图片,在混合液被烘干后,接着用质谱仪检索其中的数据,对其进行解码以再次读取,最终还原了大小约 2kb 的各种图像,准确率达到了 99%。

▲代谢物溶液中储存的埃及猫的图像. 图片来自:布朗大学

布朗工程学院教授兼该研究的高级作者 Jacob Rosenstein 表示

虽然实验中的储存容量并不大,但我们验证了这个概念,让人们能考虑使用分子来存储信息。

▲编写和读取以代谢物混合物编码的数据的过程. 图片来自:journals

之前的 DNA 能作为信息载体,主要基于它这种聚合物的组合复杂性,代谢分子因其数量更多、质量更小、能量更强,所以这些小分子实际上可以拥有比 DNA 更大的信息密度。

除了这个优势,在极端温度、压力和机械力的条件下,分子记忆比电子记忆更稳定,所以分子存储还可以让人们告别云储存,使离线存储大量数据成为可能,从而保护数据安全,不被黑客随意攻击。

▲ 图片来自:unsplash

但同时,它的局限性也在实验中暴露出来:当多种代谢物分子被放置在相同的溶液中,它们彼此发生化学相互作用,这可能导致数据错误或丢失。

就像在上面的研究中,数据提取的准确率达到了 99%,但依然不足以达到我们对数据储存的要求,因为我们不允许数据发生哪怕 1% 的错误,这一丁点遗漏都会引起人们对数据丢失的巨大恐慌。

▲ 图片来自:geralt

不过换个角度想的话,这或许也是分子系统储存数据的新潜力,Bug 或许也能变成一种功能——人们不仅可以储存数据,还能利用分子间的反应对数据进行操纵。

总而言之,这项技术还有很多空间去研究,团队也表示目前只是证明了概念可行,后续还需要加快代谢物数据的处理速度、缩小分析硬件的尺寸等等,然后才能在实验室外使用。

目前的话,DNA 储存依然更适合相对储存大量的数据,研究 DNA 储存的公司 Catalog 表示 2019 年底将做到在 DNA 颗粒中储存 1TB 数据,计划 2021 年上架。

▲ 图片来自:economist

毕竟随着数据的快速发展,传统的储存系统已经越来越难跟上。

根据常春藤联盟研究所的数据,到 2040 年,世界预计将产生多达 3 个 septillion(即 3× 10²⁴)的数据。但是,地球上可能没有足够的半导体芯片来实现这一目标。

DNA 储存和代谢分子储存都为我们带来了更好的方案。但就像 DNA 储存不是唯一答案一样,代谢分子储存也必然不是唯一答案,我们还可以想象数据储存的更多可能性。

那么你觉得未来我们会如何储存信息呢?

题图来自:Getty Images

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