Как человечеству сохранить знания на тысячелетия

Исследователи придумали способ - хранить информацию в виде ДНК. Это почти вечно.

Свитки тысячелетней давности позволяют нам проникнуть в давно забытые культуры и знания наших предков. В нашу цифровую эру огромная часть наших знаний хранится на серверах и жестких дисках. Cохранить эти данные через 50 лет, не говоря уже о тысяче лет, будет непросто. Поэтому ученые ищут новые способы хранения больших объемов данных в долгосрочной перспективе. Особое внимание они уделяют носителям данных, обнаруженным в природе: генетическому материалу ДНК.

ДНК годится для этого дела, так как она умеет компактно хранить огромные объемы информации. Однако, данные не всегда возвращаются без ошибок: дыры и неверная информация в закодированных данных возникают из-за химического разрушения и ошибок в последовательности ДНК.

Ученые уже знают как добиться длительного хранения информации без ошибок, может даже на миллионы лет. Сначала они завернут несущий информацию сегмент ДНК в кварцевое стекло, а потом они воспользуются алгоритмом для исправления ошибок в данных.

Синтетическое ископаемое образует защитную пленку

Два года назад ученые продемонстрировали как данные могут быть сохранены и прочитаны в виде ДНК. Однако, тогда период между "записью" информации (соединением соответствующей последовательности кодирования ДНК), и считыванием, или секвенированием данных, был очень непродолжительным. Но, даже короткий период поднял проблему ошибок, возникающих при записи и чтении ДНК. При длительном хранении ДНК может измениться очень сильно, так как она химически взаимодействует с окружением. Это и является помехой для длительного хранения. Однако, генетический материал, найденный в окаменелостях возрастом несколько сотен тысяч лет можно брать и анализировать, как будто он был каким-то образом защищен.

Ученые решили сделать что-то подобное. То есть защитить информацию ДНК так, как это происходит в костях, только с помощью синтетической оболочки. Для этого команда ученых поместила ДНК в сферы из кварцевого стекла диаметром в 150 нанометров. Ученые закодировали в ДНК "Швейцарскую федеративную хартию 1291 года" и "Метод механических теорем Архимеда". Чтобы симулировать разрушение ДНК за длительный промежуток времени, ученые содержали ее при температуре от 60 до 70 градусов по Цельсию в течении месяца. При такой высокой температуре за пару недель происходит такая же деградация как за несколько сотен лет. Таким образом, ученые смогли сравнить хранение ДНК в подобной оболочке из кварцевого стекла с другими методами хранения: в пропитанной фильтровальной бумаге или в биополимере. ДНК в оболочке из стекла оказалась особенно прочной. А с помощью фторида ее легко можно отделить от кварцевого стекла и считать информацию.

Так как инкапсуляция в кварцевое стекло приблизительно сравнима с окаменелыми костями, исследователи могут опираться на доисторическую информацию о долгосрочной стабильности инкапсулированных ДНК и благодаря этому вычислить прогноз: при низких температурах до минус 18 градусов по Цельсию, как, например, в Глобальном зернохранилище Шпицбергена, кодированная в ДНК информация может храниться в течение миллиона лет. Если брать проецирование на микропленку, то тут мы получаем всего около 500 лет.

Восстановление данных

Так или иначе, нам недостаточно просто долго хранить информацию без разрушения. Данные должны быть, в конце-концов, прочитаны без ошибок. Благодаря значительным технологическим прорывам в области ДНК-секвенирования, чтение хранящихся данных уже вполне доступно и скоро станет еще и менее дорогостоящим. Однако эти технологии не защищены от ошибок.

Чтобы справиться с этой проблемой, ученые из лаборатории технологий коммуникации Цюриха, разработали схему для коррекции ошибок, основанную на кодах Рида-Соломона, подобную той, что используется в передаче данных на дальние расстояния (например, радио-коммуникация с космическим кораблем). Суть состоит в прикреплении дополнительной информации к передаваемым данным. К примеру, чтобы определить параболу, обычно вам нужно всего три точки. Здесь же к данным добавляют еще две, чтобы по ним можно было восстановить параболу, если вдруг произойдет потеря или сдвиг точек.

Кодирование в ДНК намного сложнее, однако в принципе функции безопасности данных работают там таким же образом. Даже после хранения в неблагоприятных условиях, тестовую информацию, вроде Федеративной хартии, смогли прочитать без ошибок.

Остался вопрос - какую же информацию нам следует сохранить на миллионы лет? Ученые предлагают для начала Память Мира (программа ЮНЕСКО, Unesco's Memory of the World Programme). Затем Википедию, так как в ней содержатся знания нашего общества.

А что думаете вы?


(источник)