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幾年前,連研究人員都不願使用DNA來存儲資料,覺得這麼做太超前了,不具有任何實用價值。而在前不久,科學家宣稱可以使用合適的軟體和生化模組來擴展PostgreSQL,並在DNA上運行SQL,一時間關於大數據與生命科學的討論甚囂塵上。

對大多數人而言,DNA資料存儲是一項非常神奇的技術。在自然界,億萬年來,各種生物都是利用DNA攜帶的遺傳信息來保證物種的繁衍生息。其實早在上世紀60年代,就有科學家提出了利用DNA存儲資訊的想法。

而現在,生命科學大數據整個話題已經火了很長時間了,小編也一直關注這方面的動態,今年早些時候還有人宣佈將16G的維基百科儲存進了一個DNA分子,前不久有人說代謝分子也能存儲資料,甚至有人提出用質譜的等等。雖說科學技術需要超前的想像力,但是科學也必須要正視任何現實,以及它所帶來的一切影響與後果。

首先,很多人奇怪為什麼要用DNA這種生物質來儲存資料?

其實原因很簡單,傳統存儲系統的存儲能力和更新速率已經遠遠落後了,這麼說可能很多人都沒有概念,舉個例子,大約30年後,也就是2040年左右,全球將產生3× 10²⁴的資料量。

這個資料有多大呢,大約等於3萬億個1TB的硬碟,這麼說好像還不具體,假如這些硬碟中全部存放了5分鐘一首的mp3音樂,那麼全球70億人一起晝夜不分地聽這些音樂需要1000億年才能聽完。

可是按照現在傳統存儲系統的升級速度,30年後這些資料將無處容身,現在傳統硬碟已經達到了超負載的狀態下,我們慶倖還有雲端可以存儲海量資料,那麼30年、50年後呢?

正是因為這個原因,很多人把目光聚集到了DNA這種生物化學質上,因為它足夠穩定、足夠龐大,在很多人眼中DNA就像是古老的神靈,質樸地如大自然一樣神秘而強大,書本可能會消失、硬碟可能會消失、雲端可能會消失,但是DNA不會,因此選擇DNA作為資料存儲的良性載體看上去是相當明智和有前途的。

此外, DNA 能作為資訊載體,主要基於它這種聚合物的組合複雜性,在極端溫度、壓力和機械力的條件下,分子記憶比電子記憶更穩定,所以分子存儲還可以讓人們告別雲儲存,使離線存儲大量資料成為可能,從而保護資料安全,不被駭客隨意攻擊。

生物存儲很難做到嗎?難點是什麼?

前面已經提到,現在很多實驗已經成功將資料存入到DNA中了,甚至有人將全本的古蘭經儲存在了自己的身體中,可見這種技術已經實現了從0到1的突破,但是它仍然面臨著更加艱難的困境:

1、成本問題。

制約科學技術發展和推動科學技術發展的都是成本問題,目前來說DNA存儲的技術成本相當之大,其投入之多讓很多機構都無法承擔。就拿2002年完整基因組測序工作來說,當時集中了20個研究所的專家,利用這些研究所所配置的基礎設施,經歷13年,投入30億美元獲得了約30億核苷酸序列。

基因測序

但是成本問題畢竟是與技術成熟程度相輔相成的,隨著未來研究人員不斷開發方法,處理大數據的量、速度和可變性方面的問題將不再受到成本的制約。

2、讀寫速度。

目前來說不管是DNA的存儲速率還是讀寫速率都不及普通的傳統硬碟,說出來可能有人會大跌眼鏡,只有4M每秒,也許有人會說這種速度連我家的網速都比不上,讀寫速率的話就更不用多說了,這也是現在DNA存儲技術急需解決的問題。

但是有報導稱,傳統的 DNA 測序產品已經在生物技術市場上銷售,可以讀取 DNA 資料,這一全新的序列技術用例將有助於提高速度,其真實性就不得而知了。

3、準確率問題。

目前科學家聲稱的DNA存儲技術的資料準確率大約在99%,這個數位放在傳統存儲系統中也許無關緊要,但是如果是放在人體的DNA中就顯得遠遠不夠了。因為人們目前已知的人體內部DNA、資訊遺傳、分子代謝等問題不過是冰山一角,1%的資料差別也許會導致非常嚴重的後果。

無論是資料丟失還是資料差誤,只要一旦有漏洞就足以引發人們巨浪一般的恐慌,更不要說未來的駭客也許會利用DNA資料技術對人體本身發起攻擊,其後果已經是難以預估了。

回到問題,生命科學究竟能否帶來新的資料革命?

答案是肯定的,但不是現在,也許是20年後,也許是50年後,也許是100年後,也許永遠不會。

例如,DNA 資料已經被研究人員用作為分子識別,正被用於大大加快化學工程、材料科學和納米技術等領域的研究步伐,幫助科學家研究如何對抗耐藥性和防止癌症轉移。

例如,資料也許可能跟隨DNA一起遺傳給下一代,比如透過人造海馬體完成了短時記憶向長期儲存記憶的轉換,這項技術可以完成對人腦記憶的備份,並複製到其他人的大腦中。

例如,這種DNA資料科學是否有可能實現「永生」的人類終極目標?原來資訊竟然可以透過神經代代相傳,加之這次 DNA 可以存儲海量資料,不知道這是不是另一種「永生」的方式呢?

還有很多很多,留給人們想像的空間是無限的,不可否認的是生命科學也為資料發展帶來了新的思路和空間,我們無法阻止這種趨勢,我們唯一能做的,就是期待他們不會踐踏人類不容侵犯的邊界和底線。

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