Tehno
StoryEditor

Podaci u DNK-u: Povijest čovječanstva stat će u lopticu za ping-pong

24. Prosinac 2022.

Odgovor na pitanje kako sačuvati svu povijest čovječanstva, barem onu digitaliziranu, za sve buduće generacije, a i zato da se imamo čime pohvaliti susretnemo li jednom četiri jahača Apokalipse, mogao bi doista biti u DNK-u. Istraživači naveliko rade na ingenioznim skladištima svih mogućih podataka koji bi mogli potrajati barem tisuću godina. Sadašnji podatkovni centri od betona i armature kad-tad će se ugasiti, a DNK se doima trajnim rješenjem

Jedna od modernih bajki koje će roditelji ili možda robotske dadilje pričati najmlađim pripadnicima tehnoloških generacija naprednijih nego što su današnje mogla bi početi ovako: ‘Bili jednom podatkovni centri…‘ Prema rezultatima istraživanja koje znanstvenici trenutačno provode, goleme ormare s uređajima punima kabela u dobro čuvanim i hlađenim prostorijama koji skrivaju milijarde velikih podataka dokrajčit će – DNK – novo vrhunsko tehnološko rješenje za pohranu podataka koje može arhivirati iznimno veliku količinu informacija na nepojmljivo malom volumenu.

Nije riječ o znanstvenoj fantastici. Tehnologija pohrane u DNK već postoji, ali da bi bila održiva i široko primjenjiva, znanstvenici moraju svladati nekoliko tehnoloških zapreka u integraciji različitih tehnologija u taj proces. Iako na DNK gledamo kao na oblik pohranjivanja genomskih informacija, znanstvenici ga istražuju kao platformu za pohranu golemih količina digitalnih podataka.

Arhiv u zrncu maka

U svijetu krcatom podacima otkriti kamo ih i kako učinkovito i jeftino pohraniti svakim je danom sve veći problem. Veliki podaci spremljeni su u oblak – u digitalne podatkovne centre u golemim skladištima koja troše vrlo velike količine električne energije za klimatiziranje tih prostorija. Gradnja, napajanje električnom energijom i održavanje podatkovnih centara također su vrlo skupi, a pretpostavlja se i da će teško ostati održivi jer potreba za pohranom podataka brzo raste.

Pohrana podataka u DNK revolucionarno je otkriće koje bi moglo volumen veličine zrnca maka pretvoriti u arhiv neslućena kapaciteta. Iako je taj model zasad vrlo skup i još se istražuje, znanstvenici vjeruju da će biti dostupan već za dvadesetak godina, a tako pohranjeni podaci potrajat će tisuću i više godina.

Da se ne radi samo o još jednoj promidžbenoj kampanji kojom znanstvenici namjeravaju prikupiti novac za daljnja istraživanja bez pokrića, pokazuje svojim primjerom Dina Zielinski, viša znanstvenica za ljudsku genomiku u Francuskome nacionalnom institutu za zdravlje i medicinska istraživanja u Parizu, koja je na DNK pohranila – digitalni prikaz muzeja. Zielinski vjeruje da će sićušni film smješten na dnu bočice potrajati ‘desetke, a možda i stotine godina‘.

Pretvorba u abecedu DNK-a

Istraživanja o pohrani digitalnih podataka unutar DNK-ovih niti procvala su u posljednjih deset godina, a znanstvenici su već u DNK-u kodirali filmove, knjige i računalne operativne sustave. Netflix ga je čak upotrijebio za pohranjivanje epizode svoje triler-serije ‘Biohackers‘ iz 2020. Informacije u DNK-u, tvrde znanstvenici, kompaktan su, izdržljiv i dugotrajan oblik pohrane koji bi mogao zamijeniti mnoge modele dostupnih, ali nepouzdanih digitalnih medija koji povremeno prestanu funkcionirati i troše goleme količine energije za pohranu, tako da bi se arhiviranje informacija u molekulama DNK-a, iako je jedno od najneobičnijih rješenja, moglo pokazati najboljim.

Digitalni podaci pohranjuju se pretvaranjem u abecedu​ DNK-a​. DNK se sastoji od četiri molekule nukleotida ili baza: adenina (A), citozina (C), gvanina (G) i timina (T), spojenih zajedno u različitim dijelovima u dugi niz. Sintetizirajući te molekule, stvarajući ih od nule, znanstvenici su otkrili da mogu specificirati ili napisati duge nizove slova A, C, G i T i pročitati te nizove. Proces je analogan načinu na koji računalo pohranjuje binarne informacije. Odande je bio kratak konceptualni korak do kodiranja binarne računalne datoteke u molekulu.

Presporo zapisivanje

Studije pokazuju da DNK, ispravno inkapsuliran solju, desetljećima ostaje stabilan na sobnoj temperaturi, a zapis bi mnogao trajati i mnogo dulje u kontroliranom okružju podatkovnog centra. Osim toga, DNK ne zahtijeva održavanje, a datoteke pohranjene u njega lako se kopiraju te se neizmjerna količina informacija može arhivirati u nezamislivo malom volumenu.

Primjerice, svijet će do 2025. stvoriti oko 33 zetabajta podataka – što je broj 3,3 praćen nizom od 22 nule. Metaforički rečeno, pohranjivanjem na DNK ​svi ti podaci mogu se ugurati u lopticu za stolni tenis, a pritom je ne ispuniti dokraja. Primjerice, tim modelom pohrane moglo bi se sve podatke Mete, bivšega Facebooka, pohraniti u samo polovicu makova zrnca.

Dokazano je da metoda djeluje, ali čitanje i pisanje datoteka kodiranih DNK-om zasad traje dugo – dodavanje jedne baze DNK-a traje otprilike sekundu. Zapisivanje arhivske datoteke tom brzinom moglo bi potrajati desetljećima, ali znanstvenici razvijaju brže metode, uključujući masivne usporedne radnje koje ‘pišu‘ na više molekula odjednom. U rješavanje problema pohrane podataka uključila se i američka vlada programom za molekularnu pohranu informacija ‘MIST‘, pokrenutim 2019., čiji je cilj pronaći alternativu današnjim podatkovnim centrima.

Što će nama to?

No trebaju li nama ili budućim generacijama svi ti podaci koji se svakodnevno gomilaju i moraju li oni postati besmrtni? Trebaju, i to tako pohranjeni da mogu preživjeti sudar sa svakim jahačem Apokalipse kojima katastrofični futuristi plaše svijet.

– Znanost generira nevjerojatno veliku količinu podataka; što ih više ima, to bolje. Primjerice, radioteleskopi i akceleratori čestica poput Velikoga hadronskog sudarača (LHC) u Europskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN) stvaraju gomilu podataka koje znanstvenici žele zadržati. LHC godišnje proizvodi 90 petabajta (90 milijuna gigabajta, nap. a.) – kaže Latchesar Ionkov, računalni znanstvenik koji radi na pohrani DNK-a u Nacionalnom laboratoriju Los Alamosa u SAD-u, navodeći samo jedan od važnih izvora podataka koje treba sačuvati. Mark Bathe, profesor biološkog inženjerstva na Massachusetts Institute of Technologyju i suosnivač startupa Cache DNA, ističe pak da globalne prijetnje s kojima se čovječanstvo suočava tjeraju da sačuvamo informacije koje je stvorio čovjek, poput umjetnosti i znanosti, ali i DNK-a svih živih bića na planetu.

– Ako bi se život ponovno stvorio ovdje ili na neki drugi način prenio na druge planete ili uvezao s njih, tako bi postojali zapisi o tome što smo radili i što smo imali. Priroda se koristila DNK-om tisućljećima za pohranu informacija u obliku genoma, koji postoji milijardama godina, i na to se može oslanjati. Sve dok je to temeljni medij za pohranu informacija ljudske vrste, bit će nešto s čim ćemo znati što učiniti – kaže Bathe.

Zaštićena krhkost

Mnogi istraživači pohranjivanja podataka u DNK vjeruju da je to savršen medij za pohranu za široko rasprostranjeno i za dugotrajno pohranjivanje. Jer poluživot DNK-a, vrijeme koje je potrebno da se on prepolovi, traje oko petsto godina u dobro očuvanom fosilu, što znači da bi DNK prestao biti čitljiv tek nakon otprilike milijun i pol godina. No Olgica Milenković, profesorica elektrotehnike i računalnog inženjerstva na Sveučilištu Illinois Urbana-Champaign, upozorava da je DNK nevjerojatno krhak i da se može uništiti na mnogo načina zato što ga oštećuju vlaga, kiselina i zračenje.

Ipak, može se zaštititi inkapsuliranjem u druge materijale, primjerice u staklene loptice, oponašajući način na koji je genski materijal zaštićen u drevnim fosilima. Znanstvenik na ETH-u u Zürichu Robert Grass i njegov tim pokazali su da staklene loptice štite DNK i od kemikalija i od topline, a dodatnu zaštitu omogućila bi pohrana u sigurnu okolinu. Podaci ključni za čovječanstvo pohranjivanjem u inkapsulirani DNK u ledenom trezoru mogli bi trajati zauvijek.

Još je jedna golema prednost DNK-a to što je pohrana informacija na njega nevjerojatno gusta, neusporediva s bilo kojim uređajem koji je napravio čovjek. Također je malo vjerojatno da će takva pohrana ikada zastarjeti, za razliku od drugih medija za pohranu.

Iako DNK ima golem potencijal kao platforma za pohranu podataka u budućnosti, treba riješiti probleme poput visokih troškova, vrlo sporih mehanizama pisanja i čitanja te osjetljivosti na mutacije ili pogreške. Naime, takvo pohranjivanje podataka mnogo je skuplje od pohranjivanja na poslužitelje ili tvrde diskove. Da bi taj model bio isplativ, troškovi pohrane podataka na DNK morali bi se smanjiti za otprilike milijun puta. Znanstvenici već rade na tome pa će povećati broj molekula DNK-a koji se može zapisati u isto vrijeme, ali i na ubrzavanju njihova čitanja. 

24. travanj 2024 23:49