超级“硬盘”不怕空间不够!未来可用DNA储存数据!

提到数据储存,我猜大家首先想到的应该是U盘、硬盘之类的工具吧。那么大家有没有发现,花同样的钱,买到的硬盘容量却在逐渐增加?这便和著名的“摩尔定律”有关了。所以在正式开始今天的科学趣闻之前,我们先来介绍or复习一下摩尔定律(Moore's Law)

从第一台庞大的计算机到今天可随身携带的笔记本电脑,这一切都要归功于信息技术的发展。于是很早以前(20 世纪 50 年代初),就有科学家想要通过一种模式或定律来预测信息技术变化的速度,预测未来,这就是摩尔定律的起源。

摩尔定律由英特尔共同创始人戈登·摩尔最早于 1965 年提出。其内容为:集成电路上可容纳的电晶体(晶体管)数目,约每两年便会增加一倍。(引自 Wikipedia)摩尔定律代表着信息技术进步的速度。

是不是有点难懂?来,我们换一个简单的方式来理解,就是你现在买不起的一台电脑在两年后你可能就买得起了,因为它只需要原来的一半的价钱了。是不是听起来就像我们很多人都会做的一件事,出 iPhone6 了再去买 iPhone5 (如果你是壕,请忽略),很好理解了吧。

 

于是,信息技术的发展就这样一直遵循着摩尔定律,让我们能用可承担的价格来处理着数据的储存和运算。然而,近些年摩尔定律开始遇到了阻力,一篇又一篇标题为“摩尔定律失效了”、“摩尔定律又失效了”的文章出现,相信不少看官已经搬好了小板凳儿,坐等摩尔定律终结。

摩尔定律失效没关系,但是!!永远不要小看一直在突破极限的科学家,他们风轻云淡的表示:既然硅基半导体的发展正在逼近极限,那我们就换一种东西来造电脑好了。

科学家的目光瞄准了 DNA,对的,就是我们每个人都有的,可以承载巨量基因信息的 DNA。是啊,我们一个细胞中的小小 DNA 储存着我们一生的基因信息,听着就比现在的电脑处理器厉害多了!

硅基处理器是二进制的,基本单元是 0 和 1,也就是电流开、关的变化。而 DNA 信息是四进制的,基本单元是 A、T、C和G,也就是四个碱基的选择,

非要让我们比较一下两者差距的话,大概是单细胞生物和人类的差距吧,完全不在一个数量级!具体可以参见下图:

 

也就是说,1 小滴 DNA 都足以储存无比丰富的信息!

路漫漫其修远兮……自然已经熟练摆弄的东西,人类还需要不断摸索!早在九十年代,就有科学家在「Nature 自然」杂志上发文(doi:10.1038/21092)探讨了 DNA 数据储存的可能性,但直到今天也没有真正实现。

不过,梦想总是要有的……

最近,华盛顿大学的科学家朝着这个梦想又迈进了一步,它们成功的把几张图片储存到 DNA 里面,并且实现了完美无损的提取!

整个 DNA 数据储存系统也并不复杂,数据输入后合成特定序列的 DNA 并储存在 DNA 数据库中;需要提取数据时,只需要扩增 DNA 数据库中的样本,并进行测序就 OK 了!

 

这个系统现在运行的还很慢,需要 10 个小时才能把数据提取出来,估计连乌龟都不能忍受这个速度。不过,一旦数据储存到 DNA 里面,保存个几百年是妥妥没问题的。妈妈再也不用担心我的数据丢失了!

虽然上述系统离实际应用还有一定的距离,但未来 DNA 数据储存真正实现时,摩尔定律大概会被如此吊打吧:

 

1994 年的时候,比尔盖茨同学曾经坐到一堆超级超级厚的纸上说:“我手上这张光盘可以容纳我身下所有纸所记录的东西!”

 

也许在未来的某一天,另一位同学会拿着一小管 DNA,坐到一大堆光盘上说:“我手上这管 DNA 可以容纳我身下所有光盘所记录的东西!”

 

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