عندما لا يتوافر لدينا مجال للبيانات، يرغب العلماء في تخزينها في الحمض النووي

أولاً التحذير المروع: لقد نفد تخزين البيانات لدينا.

من المحتمل أن هذا ليس شيئًا كان عليك القلق بشأنه كثيرًا في السنوات الأخيرة. لقد مر وقت، منذ وقت ليس ببعيد، عندما كان القرص الصلب المحدود لجهاز الكمبيوتر الخاص بك هو كل مساحة التخزين المتوفرة لديك. عندما تصل إلى هذا الحد (الذي، في حالة جهاز الكمبيوتر الأول الخاص بي، كان أقل من 100 ميجابايت)، تلجأ إلى الأقراص المرنة ووحدات التخزين الخارجية المحلية الأخرى. عندما نفد ذلك أيضًا، يجب عليك الحذف.

نحن لا نحذف المزيد. ولا تفعل ذلك الشركات، خاصة تلك التي يتم تقييمها بناءً على البيانات التي تمتلكها. وبدلاً من ذلك، نقوم ببساطة بنقل ملفاتنا إلى السحابة، التي يكون اسمها سريع الزوال وأثيريًا؛ تفتقر إلى أي جسدية حقيقية. أين يتم تخزين البيانات؟ لا يهم طالما أننا نستطيع استعادته. ما هي مخاطر نفاد التخزين السحابي؟ يبدو أنه قليل جدًا، إلى جانب الاضطرار إلى زيادة دفعات الاشتراك الشهري لفتح المزيد من المساحة المجانية الرائعة.

ونتيجة لذلك، فإن فكرة احتمال نفاد مساحة تخزين البيانات لدينا في يوم من الأيام هي فكرة صعبة للغاية حول اقتراح بأننا يمكن أن نفاد المياه: هذا المورد المجاني المجيد الذي يسقط من سماء. لكن عام 2018 هو العام الذي جاءت فيه مدينة كيب تاون بجنوب أفريقيا يقترب بشدة من نفاد المياه. ويمكن أن ينفد تخزين البيانات لدينا أيضًا.

البيانات، البيانات، في كل مكان

والسبب في ذلك هو الوتيرة التي لا يمكن تصورها التي ننتج بها البيانات حاليًا. كل يوم، يتم إنشاء حوالي 2.5 كوينتيليون بايت من البيانات، بفضل 3.7 مليار إنسان يستخدمون الإنترنت الآن. في العامين الماضيين فقط، تم إنشاء 90% من بيانات العالم، وهي نسبة مذهلة. ومع تزايد عدد الأجهزة الذكية المتصلة بإنترنت الأشياء، فمن المتوقع أن يرتفع هذا الرقم بشكل كبير.

"عندما نفكر في التخزين السحابي، فإننا نفكر في مخازن البيانات اللانهائية هذه"، قال هيونجون بارك، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة تخزين البيانات فهرس، قال الاتجاهات الرقمية. "لكن السحابة هي في الواقع مجرد جهاز كمبيوتر لشخص آخر. ما لا يدركه معظم الناس هو أننا ننتج قدرًا كبيرًا من البيانات لدرجة أن الوتيرة التي ننتجها بها تفوق بكثير قدرتنا على تخزينها كلها. وفي المستقبل القريب جدًا، ستكون لدينا فجوة كبيرة بين البيانات المفيدة التي ننتجها، وكيف يمكننا تخزينها باستخدام الوسائط التقليدية.

نظرًا لأن شركات التخزين السحابي مشغولة ببناء مراكز بيانات جديدة، وتوسيع مراكزها الحالية، بمعدل عقدة، فمن الصعب معرفة متى قد تنفد سعة تخزين البيانات لدينا. لا توجد ساعة للعد التنازلي على غرار الفيلم. ومع ذلك، وفقًا لبارك، ربما يكون الجنس البشري قد أنتج في وقت مبكر من عام 2025 أكثر من 160 زيتابايت من البيانات بشكل تراكمي. (الزيتابايت، في حال كنت تتساءل، هو تريليون غيغابايت). ما مقدار هذا الذي سنكون قادرين على تخزينه؟ يقترح بارك أن حوالي 12.5 بالمئة منها.

ومن الواضح أنه يجب القيام بشيء ما.

هل الحمض النووي هو الحل؟

وهنا يدخل بارك وزميله العالم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤسس المشارك ناثانيال روكيه إلى الصورة. قام كتالوج الشركة الناشئة بتطوير تقنية يعتقدون أنها يمكن أن تغير طريقة تخزين البيانات كما نعرفها؛ السماح، أو هكذا يزعمون، لبيانات العالم بأكملها بأن تتلاءم بشكل مريح مع مساحة بحجم خزانة المعاطف.

حل الكتالوج؟ عن طريق تشفير البيانات إلى الحمض النووي. قد يبدو هذا وكأنه حبكة رواية لمايكل كرايتون، لكن الحل القابل للتطوير والميسور التكلفة هو حل جدي، وقد حقق نجاحًا كبيرًا تلقت حتى الآن 9 ملايين دولار من تمويل المشاريع - إلى جانب دعم كبار الأساتذة من جامعتي ستانفورد وهارفارد الجامعات.

ضحك بارك: "السؤال الذي يُطرح علي كثيرًا هو: "لمن نستخدم الحمض النووي؟"". "الناس يخافون من أخذ الحمض النووي من الناس وتحويلهم إلى طفرات، أو أشياء من هذا القبيل."

يجب أن نوضح أن هذا ليس ما يفعله الكتالوج. الحمض النووي الذي تقوم الشركة بترميز البيانات إليه هو بوليمر اصطناعي. إنه ليس شيئًا يأتي من أصل بيولوجي، وسلسلة الأزواج الأساسية التي تم ترميز البيانات فيها، كسلسلة من الآحاد والأصفار، ليست رمزًا لأي شيء حي. لكن المنتج النهائي لا يمكن تمييزه بيولوجيًا عن أي شيء قد تجده في الخلية الحية.

لقد تم التكهن بفكرة كون الحمض النووي وسيلة تخزين محتملة منذ عقود، منذ اكتشف جيمس واتسون وفرانسيس كريك الحلزون المزدوج في عام 1953. ومع ذلك، حتى الآن كان هناك عدد من الاختناقات التي منعتها من الارتقاء إلى مستوى ما كانت عليه إمكانات هائلة كحل لتخزين البيانات الحسابية.

يركز التفكير التقليدي حول تخزين البيانات المعتمدة على الحمض النووي على تخليق جزيئات الحمض النووي الجديدة؛ تعيين تسلسل البتات إلى تسلسل أزواج القواعد الأربعة للحمض النووي وإنشاء جزيئات كافية لتمثيل جميع الأرقام التي تريد تخزينها. المشكلة هي أن هذه العملية بطيئة ومكلفة، وكلاهما يمثل اختناقات كبيرة عندما يتعلق الأمر بتخزين البيانات.

يعتمد نهج الكتالوج على فصل عملية التوليف عن عملية الترميز. في الأساس، تقوم الشركة بتوليد أعداد هائلة من عدد قليل من الجزيئات المختلفة (مما يجعلها أرخص بكثير)، ثم تقوم بتشفير المعلومات عن طريق توليد تنوع هائل من الجزيئات المعدة مسبقًا.

على سبيل القياس، شبه الكتالوج النهج السابق بتصنيع محركات الأقراص الثابتة المخصصة مع توصيل جميع بياناتك. إن تخزين بيانات مختلفة يعني إنشاء محرك أقراص ثابت جديد بالكامل من الألف إلى الياء. ويشيرون إلى أن أسلوبهم يشبه إنتاج محركات الأقراص الصلبة الفارغة بكميات كبيرة، ثم ملئها بالمعلومات المشفرة عند الحاجة.

الأمر كله يتعلق بالتخزين

الجزء المثير في كل هذا هو كمية البيانات المذهلة التي يمكن تخزينها. كدليل على المفهوم، استخدمت الكتالوج تقنيتها لترميز الكتب مثل دليل المسافر إلى المجرة في الحمض النووي. لكن هذا لا شيء مقارنة بالإمكانيات.

وقال بارك: "إذا كنت تقارن التفاح بالتفاح، فإن البتات التي يمكنك تخزينها في نفس الحجم تأتي بما يعادل مليون مرة من الكثافة المعلوماتية لمحرك الأقراص ذو الحالة الصلبة". "أيًا كان ما يمكنك تخزينه في محرك أقراص فلاش، يمكنك تخزين مليون مرة في نفس الحجم إذا كنت تفعل ذلك في الحمض النووي."

ومع ذلك، فإن المقارنة مع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ليست دقيقة. قد يكون الحمض النووي قادرًا على تخزين المزيد من المعلومات في نفس الحجم، لكنه لا يتمتع بإمكانية الوصول الفوري، على سبيل المثال، إلى محرك أقراص فلاش متصل عبر USB. يعمل نهج الكتالوج على تحويل البيانات إلى حبيبة صلبة من البوليمر الاصطناعي.

للوصول إلى بياناتك، سيحتاج العلماء إلى أخذ الحبيبات المذكورة، وإعادة ترطيبها عن طريق إضافة الماء، ثم قراءتها باستخدام جهاز تسلسل الحمض النووي. يوفر هذا الأزواج الأساسية للحمض النووي، والتي يمكن استخدامها بدورها لحساب الآحاد والأصفار التي تعيد تجميع بياناتك. من البداية إلى النهاية، ستستغرق العملية عدة ساعات على الأقل.

لهذا السبب، يستهدف الكتالوج في البداية سوقًا اعتاد على هذا النوع من التأخير: سوق الأرشفة. هذا هو نوع البيانات المخزنة حاليًا بتنسيقات مثل الشريط المغناطيسي المستخدم للتتبع من نوع المعلومات التي قد تأمل ألا تضطر إلى الرجوع إليها مرة أخرى، ولكن لا يزال من الضروري تعليقها على. (تخيل المعادل المؤسسي للضمان على ثلاجتك.)

ولكن هل هناك أي وقت يكون فيه هذا مهمًا للمستخدم العادي؟ بعد كل شيء، كما أشرنا في الجزء العلوي من هذه المقالة، فإن معظمنا لا يفكر كثيرًا في بياناتنا ومكان الاحتفاظ بها. هل هو على الشريط المغناطيسي؟ هل هو على تخزين الحالة الصلبة؟ نحن لا نمانع طالما أنه موجود عندما نحتاج إليه.

نظرًا لحجم الوقت الذي يستغرقه استرداد المعلومات، فمن غير المرجح أن تكون هناك نقطة يمكن عندها استرجاع المعلومات على سبيل المثال، يتم تخزين معلومات Google Cloud الخاصة بك في أحواض ضخمة من الحمض النووي أو كسلسلة من الكريات الشبيهة بالرخام في Mountain عرض، كاليفورنيا. إذا تمكن الكتالوج من إثبات مفهومه للشركات، فمن المرجح أن يكون هذا خيار تخزين طويل الأجل، بينما تتخذ البيانات قصيرة المدى أشكالًا أخرى.

تخيل الاحتمالات

ومع ذلك، هناك احتمالات مثيرة تبدو وكأنها خيال علمي. قال بارك: “تخيل حبة تحت الجلد تحتوي على جميع بياناتك الصحية، وجميع فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي، واختبارات الدم، والأشعة السينية من طبيب أسنانك”. "قد ترغب دائمًا في أن تكون هذه البيانات متاحة لك بسهولة، ولكنك لا تريد بالضرورة تخزينها في السحابة في مكان ما، أو على خادم غير آمن في المستشفى. إذا كان لديك ذلك في شكل حمض نووي، فيمكنك التحكم فعليًا في تلك البيانات والوصول إليها، مع التأكد من أن الأطباء المعتمدين فقط هم من يمكنهم الوصول إليها.

ففي نهاية المطاف، وكما يشير، فإن جميع المستشفيات اليوم لديها أجهزة تسلسل الحمض النووي. وأضاف: "لا أقول إننا نسعى لتحقيق ذلك الآن، لكن هذا مستقبل محتمل".

بعد الإعلان عن شركتهم الجديدة للعالم، تركز Catalog الآن على تنفيذ بعض المشاريع التجريبية لتوضيح كيفية استخدام هذه التكنولوجيا بفعالية. وأشار إلى أن "هذه ليست تحديات علمية لم يتبق لنا حلها، بل هي مشاكل تحسين ميكانيكية".

باعترافه الشخصي، دخل هذا المجال لأنه بدا وكأنه نهج تكنولوجي رائع لعالم كبير المشكلة، أصبح بارك مقتنعًا الآن بأن تخزين بيانات الحمض النووي قد يكون أحد أهم التقنيات في عالمنا وقت.

تبا، عندما يتعلق الأمر بالقدرة على أرشفة التاريخ البشري كما نعرفه، فمن الصعب أن نختلف. وأوضح أن "الأمر يتعلق بالحفاظ على أسلوب حياتنا كما نعرفه".

توصيات المحررين

• هل تعتبر الأشرطة المغناطيسية القديمة وسيلة تخزين البيانات في المستقبل؟
• تريد الصين استخدام تحليل الحمض النووي المثير للجدل لتخمين وجوه المجرمين
• تريد شركة التكنولوجيا الحيوية الناشئة هذه وضع الحمض النووي الخاص بك في قبو على القمر
• استخدم علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الحمض النووي للعب أصغر لعبة في العالم من لعبة تيك تاك تو
• يعتمد الطب الدقيق على الحمض النووي، لكن إرسال البصاق لا يزال ينطوي على مخاطر