最能裝的硬盤，其實是你的遺傳物質(zhì)。

　　轉(zhuǎn)載自微信公眾號：差評（chaping321）

　　如果說小時候最想要什么東西，大概會是《 哆啦 A 夢 》里的記憶面包吧。

　　大家應(yīng)該對記憶面包都不陌生，只要吃下印了課文內(nèi)容的記憶面包，課文就記牢了，不僅能省下時間去玩，還能得到老師夸獎。

　　這塊面包應(yīng)該是很多人童年的夢了吧，“ 要是真有記憶面包就好了 ”。不知道多少人這樣想過。

　　那如果想讓記憶面包成真需要做到什么？

　　一．把信息存儲到面包上

　　二．吃下面包，讓信息進入人體

　　三．消化信息

　　簡單看步驟的話，現(xiàn)在的科技就能做到前兩步了，之前看到新聞， DNA 存儲技術(shù)已經(jīng)能大規(guī)模寫入數(shù)據(jù)了。

　　今年 6 月，美國科技公司 Catalog 將 16 GB的維基百科（ 英文版 ）全部文本保存到了一條人工合成的 DNA 中。

　　這滴液態(tài)呈現(xiàn)的 DNA 里有一整部維基百科

　　DNA 存儲最直接的優(yōu)點是存儲量大。上面那塊黃黃的液體重 3克 ，但是其中 DNA 重量微乎其微。根據(jù)紐約基因組中心的數(shù)據(jù) , 一克 DNA 可存儲 215 PB 數(shù)據(jù)。

　　把這些數(shù)據(jù)存到 1T 容量， 7毫米規(guī)格的硬盤里，硬盤堆在一起 , 有 1505 米高。世界最高建筑，迪拜塔也只有 828 米。。。

　　用 7mm 厚的硬盤堆到兩個迪拜塔高，想想都有些小刺激

　　DNA 存儲不僅存儲量大，壽命還長。

　　不算吃 U 盤的怪獸，我一個 U 盤大概用 5 年。正常硬盤使用壽命在 5 -10年，遇到斷電、沖擊等情況還會更短。

　　常溫下 DNA 的可讀性能保持很久。保存得當，簡直一克永流傳。。。甚至萬年前的 DNA 都被還原了。

　　基因?qū)＜倚Q，已破解 70 萬年前史前馬的 DNA

　　以目前水平， DNA 可以存一些政府文件，歷史材料。估計以后也沒什么歷史、文化遺產(chǎn)之爭了。

　　我是一只沒有感情的粽子

　　隨著技術(shù)發(fā)展， DNA 存儲可以取代數(shù)據(jù)中心。我剛剛才知道，原來卡車拉硬盤比光纖快多了。

　　1Gbps 光纖直連，傳送一億 GB 數(shù)據(jù)要 20 年，卡車只用幾天就能從南拉到北，從白拉到黑。。。

　　滿載硬盤的 AWS Snowmobile 卡車能攜帶一億 GB 數(shù)據(jù)

　　有了 DNA 存儲后，這個時間只用以小時計了，數(shù)據(jù)隨身就帶走。

　　那電子數(shù)據(jù)是怎么存進 DNA 里的呢？記得生物課上講過， DNA （ 脫氧核糖核酸 ）是一種雙螺旋結(jié)構(gòu)（ doublehelix ）的生物大分子，由堿基組成。

　　DNA 鏈條上的長條就是堿基了~ DNA 中通常有四種堿基，大家直接理解成 A，T，C，G 就可以。

　　圖片用不同顏色代表不同堿基

　　堿基的排列順序，決定了長相、智力，不同病癥的發(fā)病風險等。隨便舉個栗子， ACA 的排列讓人眼神不好，按 CAC 排能讓人長高。其實就是遺傳信息。

　　相信大家都明白了：DNA 鏈條能儲存遺傳信息，那也能儲存數(shù)字信息。

　　人工合成 DNA 進行數(shù)據(jù)寫入，DNA 測序進行數(shù)據(jù)讀取

　　這么簡單的邏輯，當時卻根本沒人細想，大家都在忙著破解“ 基因密碼 ”。

　　只要找出堿基排列的規(guī)律和意義，就像擁有了人類修改器，改長相改素質(zhì)改壽命，變白變美變高變長壽。

　　于是“ 人類基因組計劃 ”開始了。

　　這項工程花費 30 億美元和十幾年時間，測出完整的人類基因序列。如果把破解堿基排列比作翻譯一本書 , 此時相當于終于把書拿到手里了。。。

　　別笑，這是人類的一大步好么。

　　雖說沒有立竿見影的成果，但這工程推動了 DNA 測序技術(shù)的發(fā)展。要知道在上世紀 80 年代， DNA 測序還是全人工的。巨大需求量的刺激，讓 DNA 測序進入了自動化時代。

　　早期的Sanger全程人工，過程復雜，不是老司機根本做不了

　　破解不了堿基序列，人們就變實際了。都要恰飯的嘛，能拿諾貝爾的發(fā)現(xiàn)，怎么不得利用起來？看不懂沒關(guān)系啊，排成咱看得懂的樣子，好歹當個 U 盤？于是 DNA 存儲技術(shù)出現(xiàn)了。。。

　　雖然依然離不開人工，DNA 測序高大上多了

　　如果把堿基看成 A , T , C , G 四個字母 , 堿基序列實際上就是一串英文。而數(shù)據(jù)實際上就是一串數(shù)字。把數(shù)字和堿基字母對應(yīng)起來，重新排列，就能表達內(nèi)容。

　　把堿基按新順序排就成了糖葫蘆，啊呸，是表達意義

　　相信大家小時候都做過這種題。。。

　　題目就不去算了~ DNA 存儲就是類似的思路。

　　給水果賦予不同的數(shù)字，假如我想表達 324121 ，只要排列水果就可以了。

　　知道轉(zhuǎn)換規(guī)則，就能從排列中讀取信息。DNA 存儲就是通過把堿基看成固定數(shù)字，將數(shù)字化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成堿基序列的方式。

　　把 A，G 視為 0 ，C，T 視為 1 ，排列后合成。簡單粗暴，這就是最早的 DNA 存儲。

　　去年的時候，catalog 的 DNA 存儲設(shè)備還是個概念

　　為了存儲更多數(shù)據(jù)，人們嘗試了把 A ，T ，C，G 看成 0 ，1，2，3 的四進制。

　　比如我們要轉(zhuǎn)換四進制 21130

　　雖然四進制能縮短數(shù)據(jù)長度，但同一堿基連續(xù)出現(xiàn)，會讓序列不穩(wěn)定，影響數(shù)據(jù)的準確。

　　四進制時相當于一個堿基表達兩個二進制數(shù)字

　　更高的進制，四種堿基又不夠用，為了解決這個問題，人們用了一種三進制的方案。這種方案里從第二位開始編碼，以前一位堿基來決定后一位。前一位堿基是 A ，下一位就把 A 排除，用 C,G,T 來代表 0,1,2 。

　　我們可以試一試。剛才的數(shù)字用三進制表達是 211101 。假設(shè)堿基序列第一位是 A ，轉(zhuǎn)換結(jié)果就是 ATCTCGA 。

　　這個結(jié)果是怎么得來的呢？第一個字母是 A 時，按照表格，代表 2 的字母是 T，T 后面代表 1 的字母是 C，C 后面代表 1 的是 T，依此類推。

　　解決了編碼問題，大家玩嗨了，動圖、音頻、電影先后被存入 DNA 。

　　哈佛大學存入大腸桿菌 DNA 的 gif

　　2017 年，紐約基因組中心將電影火車進站存入 DNA 。

　　存入數(shù)據(jù)大小的記錄也快速刷新著， 2012 年哈佛 650KB 的記錄很快被 MB 級碾壓。

　　2016 年記錄到了百兆級，微軟存了 200M 電子書，大概等同 789 本高中語文必修一。。。

　　今年微軟做了個 DNA 自動存儲系統(tǒng)。。。“ hello ”這 5 個字母的存儲和讀取花了 21 個小時。。。

　　價值一萬美金的系統(tǒng)

　　Emm …這就是 DNA 存儲的缺點了。。。

　　微軟 2016 年的寫入是又貴又慢，據(jù)統(tǒng)計，一共花了 80 萬美刀的合成費用。。

　　但有關(guān) DNA 存儲的科技在不停進步。2001 年至今， DNA 測序從上億美元降到了不到一千美元。今年 Catalog 的寫入速度已經(jīng)到了 4M 每秒。

　　Catalog 用來把數(shù)據(jù)寫入 DNA 的設(shè)備

　　成本降到十萬分之一，寫入速度快了千萬倍。這種進步幅度，足以對 DNA 存儲技術(shù)保持期待。在不久的將來，也許電腦里的硬盤就換成瓶裝 DNA 了。

　　不過記憶面包的事還是忘了吧，至少靠 DNA 存儲技術(shù)是沒辦法實現(xiàn)記憶面包的。

　　雖然 DNA 存在于人體每一個細胞中，但是大腦卻無法讀取DNA中的任何信息。不信現(xiàn)在可以試試能不能從 DNA 里感受到你的遺傳信息。

　　更何況，大腦完全讀不懂我們設(shè)定的排列規(guī)則，在它眼里，這種 DNA 里大概是這樣的。

　　所以，一直想著記憶面包，還不如好好學習。努努力說不定就背下來了。畢竟一輩子要背的東西，也就那么多。

　　“ 也許可以想想藍胖子？”圖片、資料來源[1] Wikipedia [2] Allentoft M E , Collins M , Harker D , et al. The half-life of DNA in bone: measuring decay kinetics in 158 dated fossils[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2012, 279(1748):4724-4733. [3] 張淑芳,彭康,宋香明,張子昱,王漢杰.DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)研究進展[J].計算機科學,2019,46(06):21-28. [4] Goldman N , Bertone P , Chen S , et al. Toward practical high-capacity low-maintenance storage of digital information in synthesised DNA[J]. Nature, 2013, 494(7435):77-80. [5] CHRISTY,BOGARD,ERIC,etal.DNAmediastorage[J]..ProgressinNaturalScience,2008,18(5):603-609. [6] 新聞見于cnet

　　來源：差評

　　編輯：Shiny

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