如果让你给千年后的世界留下这个时代的讯息,你会选择用什么样的方式呢?写在纸上?难以保存。刻在石头上?保存久,但容量有限。存进电子芯片?容量大了,但长期放置不用,数据容易消失。难道就没有一种更靠谱的存储介质吗?别急,大自然早已给我们准备了一套精妙的存储方案。
它诞生自亘古,跨越亿年延用至今,各类生物纷纷表示“真香”;它有长达521年的半衰期,让长期保存不是笑谈;它的装载量惊人又不占空间,1g就中能装进一千亿张DVD光盘的内容,1kg能装下全球所有的信息数据!没错,它就是谱写生命密码的DNA。
DNA存储并不是一个新鲜的概念,早在1960年代中期,苏联物理学家米哈伊尔·萨米奥维奇·纽曼(Mikhail Samiolvich Neumann)就大胆设想用DNA作为数据存储载体,可惜1970年前尚不会合成DNA,甚至连怎样阅读生物DNA中的信息还八字没一撇(初代DNA测序技术到1977年才出现)。因此,在很长的一段时间里,写进DNA的浪漫只能在科幻故事里出现。
真正在技术上第一次把人类文明写进DNA,始于1988年的一场艺术与科学的碰撞。麻省理工学院的科学艺术家乔·戴维斯(Joe Davis)参考古老的日耳曼符文,用简单的线条设计了一个代表生命和女性地球的“基因艺术品”——小维纳斯(Microvenus)。
通过和哈佛大学的研究者合作,这个有着“繁育女神”意味的符号被转换为简单的二进制代码,随后他们按数字0或1重复的次数来定义对应的碱基,即:C=X, T=XX, A=XXX, G=XXXX。戴维斯将这段编译着符文的DNA导入大肠杆菌中,伴随着大肠杆菌的每一次复制分裂,“小维纳斯”便成为永生的艺术。
随着21世纪的到来,DNA合成和测序技术也有了跨时代的飞跃。
当科学的齿轮咬合,技术这架马车缓缓启动,曾经前卫的艺术品便成为了拉动变革的那只手。2012年,哈佛大学的合成生物学家乔治·丘奇(George Church)率先率领团队将自己的一本659kb的书顺利存进了DNA中,这便是在合成生物学领域颇具盛名的丘奇之书,这本书中有53426个单词,11个JPG图像和一个JavaScript程序。
只需要通过DNA测序技术重新获得碱基排列顺序,再反向把碱基翻译回二进制,就可以通过电子设备进行阅读啦。
想让DNA存储从实验室走到寻常百姓家,合适的DNA“容器”必不可少。毕竟让大家在家里培养大肠杆菌、提取DNA不太现实。那么,未来的DNA存储器会是什么样子的呢?
2020年,一只看似平平无奇的3D打印版斯坦福兔子(Stanford Bunny,是一个常用的计算机图形三维测试模型)在苏黎世联邦理工学院的实验室中诞生。在这只兔兔的身体里嵌着数以万计微小珠子,而每颗珠子内都有几十个DNA分子,科学家们将打印兔兔的蓝图直接存进了这些DNA里,因此这只兔兔的体内包含着3.7亿份“克隆”自己的数据代码。
斯坦福兔兔或许能带着我们蹦蹦跳跳的闯进DNA存储的新时代,但前方依旧有不少难题亟待科学家们解决。第一道门槛就是价格,当前的DNA存储实在是太烧钱了!要知道,DNA目前的合成成本在3元一个碱基!在建国70周年时,华大基因曾将记录着开国大典的一段视频存进了DNA里,仅仅十几kb就花费了近四万元人民币!
但是希望还是有的,华大基因公司预测DNA合成成本正以每年3-4倍的速度下降,美国Catalog公司也大胆预测未来进行1MB数据DNA存储成本将不到0.001美分。