DNA nośnikiem danych ? – krótkie omówienie

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) występuje w nas samych i wszystkich organizmach na ziemi.Jest podstawą życia. Jednak oprócz starej znanej inżynierii genetycznej nad DNA postanowili popracować badacze powiązani z informatyką. Jeśli chodzi o komputery DNA jednakże – wielkich sukcesów nie ma.Nie oferują one jednak aż tak istotnych nowości w obliczeniach równoległych, ułatwiają tylko szybsze rozwiązywanie niektórych wąskich problemów.Zupełnie inną kwestią jest natomiast wykorzystanie DNA jako nośnika danych.

Najnowsze badania w tej kwestii opisane w lutym tego roku (2015) w magazynie New Scientist  (na bazie artykułu w Angewandte Chemie) sugerują,że na 1 gramie DNA można zapisać 455 eksabajtów (EB; 445*1015)danych. Jest to dużo lepsza metoda od metody przedstawionej w 2012 roku w magazynie Science , gdzie mowa o średnio 700 terabajtach (TB ; 7*1014) na gram.

Teoretycznie, nic nie stoi na przeszkodzie umieszczenia informacji zawartej w takim DNA w żywych organizmach (choć to również nieco ryzykowne ze względu na to,czym jest DNA). Ponieważ jednak DNA ulega degeneracji w żywych organizmach i pod wpływem środowiska, konieczne są rozwiązania chroniące je przed warunkami zewnętrznymi.Takimi rozwiązaniami są m.in. zamrożenie go lub umieszczenie w szklanej powłoce.Kolejnym problemem jest charakter kodowania. Odczytanie informacji w obu omówionych przypadkach wymaga wykorzystania technik  sekwencjonowania DNA i zdekodowania zapisu. Wymaga to, oczywiście dość sporej mocy obliczeniowej maszyny pośredniej,sama zaś metoda odczytu nośnika ma charakter przypuszczalnie jednorazowy. Prowadzi to do dość oczywistego wniosku – konieczne jest dodatkowe opisanie metody zapisu i kodowania oraz odczytu innymi środkami w przypadku długotrwałego przechowywania danych, jak i zastosowanie ewentualnej nadmiarowości, oraz podziału próbek do analizy na mniejsze fragmenty.

Poza tym, same badania prowadzone były na stosunkowo małych próbkach. Oryginalny tegoroczny artykuł „Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes” wydany w czasopiśmie Angewandte Chemie pisze o przetłumaczeniu do formy zapisanej w DNA jedynie 83 kb informacji.Niewątpliwie zapewnienie trwałości nośnika rzędu co najmniej 2000 lat dzięki zastosowaniu kodów korekcji błędów robi wrażenie – pytanie jednak jakie w takim razie środki należy zastosować by przedłużyć trwałość nośnika itd.

Niestety na obecnym etapie współczesne nośniki danych mają stosunkowo krótką trwałość szacowaną na 25 lat, lub krócej.Zasadniczo dziś teoretycznie dane powinny wytrzymać na odłączonym dysku twardym więcej niż kilka(naście) lat, nawet pomimo rozmagnesowania. Pewności jednak nie ma,technologia bardzo się zmienia i wszystko zależy od urządzenia. Nasza technologia ma zatem kosmiczną przewagę w porównaniu z wypalonymi glinianymi tabliczkami czy kutymi obeliskami,albo innymi tego typu rozwiązaniami.Dane zapisane dzięki jej wykorzystaniu nie mają jednak szans przetrwać tysięcy lat. Możliwość przechowywania danych przez 2000 lat na nośniku DNA wygląda zatem na olbrzymi postęp – niestety w praktyce zakodowanie takiej ilości danych oraz spadek kosztów sekwencjonowania DNA do tego stopnia, by każda większa firma mogła w ten sposób archiwizować swoje dane to w najlepszym razie jeszcze kwestia przyszłości. Na pewno jest to wydajniejsze rozwiązanie, niż „chmura” oparta o współczesne dyski twarde (właściwie tylko dzięki wykorzystaniu np. macierzy RAID,wielu kopii i innych rozwiązań ma to sens – a jednocześnie jak to urządzenia online podatne na ataki hackerów i wirusów). Niewątpliwie jednak, do opracowania dysków twardych opartych o syntezę DNA raczej nie dojdzie szybko – o ile dojdzie w ogóle. Koszty kodowania i dekodowania danych są bowiem spore i wymagają stosunkowo dużych dziś narzędzi. Niewątpliwie jednak, opracowanie nośnika będącego długoterminową „kapsułą czasu” dla danych jest oczywistą potrzebą, tak samo jak opracowanie nowocześniejszych nośników. Większość produktów współczesnej cywilizacji jest bowiem stosunkowo nietrwała, ze względu na ekologię i rachunek ekonomiczny,a zabezpieczenie dorobku intelektualnego ludzkości i śladów po każdym z na osobna przed ewentualną katastrofą czy dla przyszłych historyków (niezależnie od tego,czy będą to ludzie czy nie) jest całkiem mądrym pomysłem.Tym bardziej,że zastosowanie nośnika DNA nie ogranicza się bynajmniej do katastrof,bowiem przyszłe nośniki danych w przyszłych komputerach powinny móc przechowywać coraz większe ilości danych.W dobie Big Data bowiem każdy szczegół może się przydać,a kasowanie potencjalnie użytecznych danych nie jest aż tak dobrym nawykiem jak większości się to wydaje.

Moim zdaniem zatem, jest to potężne narzędzie do archiwizacji danych – lecz niestety kosztowne i praktycznie jednorazowe na dzień dzisiejszy.Ze względu na problemy powiązane z DNA jako nośnikiem chemicznym,kodowaniem,sekwencjonowaniem i dekodowaniem jest też raczej wątpliwe,by możliwe było szybkie skonstruowanie miniaturowych dysków opartych o DNA (choć większe urządzenia dla superkomputerów będą możliwe !)

Przykładowe materiały filmowe na temat zastosowania DNA jako nośnika danych:

PS: nowości dotyczące bezpieczeństwa z Arxiv:

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s