DNA:硬盤過時是遲早的事，但用 DNA 來存儲數據是不是有點太科幻了

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1878年6月19日，英國著名攝影師埃德沃德·邁布里奇把12臺雙鏡頭照相機列成一排，拍攝一名騎手騎馬快速奔跑的場景。最初的目的是想解決困擾了畫家和藝術家幾個世紀的難題——馬在奔跑時四條腿是否可以同時離地。

明尼蘇達大學的數學教授兼數字技術專家AndrewOdlyzko稱這項新研究「非常了不起」。

「想象一下，我們可以把秘密交給位于我們腸道或者皮膚上的細菌，這應該是最安全的保密方式了，」他說道。

讓細菌「監控」神經元

此前，科學家已經成功將存入了DNA中。2012年，Church將自己的書的電子數據編輯成DNA形式導入了細菌體內，并通過細菌繁殖得到了900億份復制品。莎士比亞的十四行詩《Regenesis》

美國計算機硬件制造商PNY推出專為Chia設計的固態硬盤:美國計算機硬件制造商PNY推出了第一批專為Chia挖礦設計的固態硬盤(SSD)。PNY LX2030和LX3030 M.2 NVMe SSD是“超高耐用”型號，可提供高達54,000TB寫入(TBW)的耐用性等級。（decrypt）[2021/7/23 1:10:22]

「這應該是出版史上的最高紀錄了，」Church在采訪中說道。

HarvardUniversity

在這些研究的基礎上，Church和其他科學家開始醞釀一個更大膽的想法——能否將改造過的細菌植入人體細胞，記錄下細胞的一舉一動。換句話說，就是像拍電影一樣錄下每個細胞的生活。

當人生病時，醫生可以將這些細菌提取出來，觀察存儲在DNA中的錄像。Church說，這就像飛機失事后人們可以通過黑匣子知道當時發生的情況一樣。

Chia挖礦1TB硬盤一天只賺1塊錢:一方面Chia幣價格暴跌，另一方面，這幾個月中涌入Chia挖礦的人太多，整個礦場的容量達到了24EiB，再加上最近調整算法，P盤的難度也隨之上升。根據最新的情況，1TB硬盤挖到1個Chia幣差不多需要2700天，也就是7年半的時間。對有錢的礦工來說，挖礦的容量都是PB起的，1PB就是1000TB，差不多也要3天才能挖到一枚。然而這樣算下來，挖礦回本的周期就太遙遠了，1TB硬盤每天的收入大概是0.15美元，一個月收入也就是4.5美元，算下來1天也就賺1塊錢。（騰訊新聞）[2021/6/27 0:08:50]

大腦包含約860億個神經元，然而要想知道這些神經細胞的日常活動卻是一件非常困難的事。

「目前，我們可以用電極來觀察神經元的活動，但是一個電極只能監控一個神經細胞。人的腦子裝的下860億個神經元，可裝不下860個電極啊，」Church說道。不過，經過改造的細菌或許是理想的「偵察兵」。

Chia創始人：\"Chia燒毀了硬盤\"并不正確:Chia創始人Bram Cohen推特表示，出于某種奇怪的原因，“ Chia燒毀了硬盤！” 被時尚潮流所重復。這很奇怪，因為在大多數情況下，這完全是錯誤的。[2021/5/17 22:09:07]

科學家的想法是，通過基因工程將細菌改造成「記錄裝置」，然后讓這些細菌隨著血液到達大腦，記錄大腦神經元的活動。隨后科學家可將這些細菌提取出來，通過其DNA就能知道神經元在這段時間的活動狀態。

Church和他的同事已經在過去的研究中展示了細菌能記錄細胞中被標記的DNA。

存儲能力甩硬盤幾條街的DNA

半個世紀前，著名物理學家理查德·費曼就提出了用DNA來存儲信息這一超前想法。很久之后分子生物學革命才興起，幾十年后才有科學家成功地做到了給DNA測序。

海康威視：監控級硬盤無法支持礦機，如用于挖礦則無法享受質保服務:4月20日，據微博名為\"北京硬盤之家\"的網友發文，視頻監控設備供應商海康威視發布公告稱，該公司硬盤原廠定制開發的專用型監控級SMR硬盤無法支持第三方系統，更不可支持挖礦場景。監控級硬盤無法支持礦機，并提醒用戶，從事挖礦用途的監控硬盤將不能享受正常的有限質保服務。[2021/4/20 20:40:03]

「基因不僅僅是文字信息，它也能做一些自己的事，」費曼在1959年的一次中說道。演講

「想象一下，我們也能做出一件非常小的東西，讓它做我們想做的事，」他激動地說道。

「費曼博士的想法意義深遠——它給我們提供了一個方向，」南加州大學的數學家LeonardAdleman說道。他還是「RSA」——使用最廣泛的一種公鑰加密算法——的創建者之一。

1994年，Adleman他已經成功將數據存入了DNA中，并把DNA當作電腦解決了一個數學問題。他堅信，DNA的存儲能力是同樣大小光盤的一萬億倍還不止。宣布

數據存儲是一個越來越讓人頭疼的問題。在這個知識爆炸的年代，每天產生的數據數量驚人，因而儲存數據的技術一不小心就過時了，比如被淘汰掉的軟盤。

但DNA永遠都不會過時。「數十億年來，生物都在用DNA存儲信息，而且信息都保存完整，」Adleman說道。他注意到，現代的細菌仍然能從幾百萬年前的昆蟲琥珀中讀取到基因信息。這是因為DNA很容易保存，只需放在冷、暗、干燥處，沒有恒溫恒濕的苛刻要求。它還非常穩定，存放上百萬年都沒問題。

除此之外，DNA合成測序，使用的設備和方法都是生物學研究的常規工具。這使得DNA的存儲有效地避開了因設備技術更新換代而起的許多麻煩。所以DNA是數碼信息長期存儲的理想材料，而且存儲的時間越長，越能顯出優越性。

DNA真正取代硬盤還要多久？

DNA作為存儲介質，也有顯著的弱點。首先是成本太高。歐洲生物信息研究所的高德曼團隊的實驗費用高得驚人：每一兆字節的存儲費用是12,400美元，外加測序解讀220美元。這是常規磁帶存寫費用的一百多萬倍。

第二，信息讀寫非常耗時。數碼信息編入DNA目前只能由專門的DNA合成設備來做；而從DNA中讀取信息，重組復原為數碼文件也很費時。高德曼團隊用了整整兩個星期，才完成五個文件739千字節的復原。

第三，DNA介質不能重復使用，寫錄完畢，一般來說不能修改、不能再用。可是，我們已經習慣了常規存儲，如硬盤和U盤的便利。幾十塊錢的U盤，插入電腦，就能周而復始地存取文檔。

這些「簡單」的基本功能，DNA介質卻難以勝任。

Nature

「人們的本能反應是，DNA分子那么渺小，怎么能儲存海量信息呢？」Birney博士說到。

「盡管這些想法很超前，但我們起碼知道，這些生物技術誕生的時間肯定前人預測的要早，」Church說到。

他舉出了人類基因組測序的例子。此前，一些比較樂觀的科學家預測這將花費至少60年的時間，每組基因測序的費用將高達1000美元。而于1990年正式啟動的「人類基因組計劃」只用了十年時間，花費30億美元。

DNA存儲著生物體的奧秘，是個非常大的「數據盤」。當克服了存儲和讀取上的難題，也許未來某一天，我們所有的硬盤、U盤、網盤都可以丟到一邊。用一塊硬幣大小的DNA，就能存儲我們一生需要的數據了。

參考資料：TheNewYorkTimes

頭圖來源：Geenius

陳君子

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