Wenn uns der Platz für Daten ausgeht, wollen Wissenschaftler diese in der DNA speichern

Zuerst die apokalyptische Warnung: Der Datenspeicher geht zur Neige.

Die Chancen stehen gut, dass Sie sich darüber in den letzten Jahren keine allzu großen Sorgen machen mussten. Vor nicht allzu langer Zeit war die begrenzte Festplatte Ihres Computers der einzige verfügbare Speicherplatz. Wenn ich diese Grenze erreichte (die im Fall meines ersten Computers weniger als 100 MB betrug), griffen Sie auf Disketten und andere lokale externe Speicher zurück. Als Ihnen auch das ausging, mussten Sie löschen.

Wir löschen nicht mehr. Auch Unternehmen tun dies nicht, insbesondere solche, die auf der Grundlage der Daten, die sie besitzen, bewertet werden. Stattdessen übertragen wir unsere Dateien einfach in die Cloud, deren Name schon vergänglich und ätherisch ist; es fehlt jegliche echte Körperlichkeit. Wo werden die Daten gespeichert? Es spielt keine Rolle, solange wir es zurückbekommen. Was sind die Gefahren, wenn der Cloud-Speicher knapp wird? Scheinbar sehr wenig, abgesehen davon, dass Sie Ihre monatlichen Abonnementzahlungen erhöhen müssen, um noch mehr herrlichen freien Speicherplatz freizuschalten.

Daher ist die Vorstellung, dass uns eines Tages der Datenspeicher ausgehen könnte, kaum noch vorstellbar herum als die Andeutung, dass uns das Wasser ausgehen könnte: diese herrliche kostenlose Ressource, die aus dem Wasser fällt Himmel. Aber 2018 ist das Jahr, in dem Kapstadt, Südafrika, kam steil kurz davor, kein Wasser mehr zu haben. Und uns könnte auch der Datenspeicher ausgehen.

Daten, Daten, überall

Der Grund dafür ist die unvorstellbare Geschwindigkeit, mit der wir derzeit Daten produzieren. Jeden Tag werden rund 2,5 Trillionen Bytes an Daten erzeugt, dank der 3,7 Milliarden Menschen, die mittlerweile das Internet nutzen. Allein in den letzten zwei Jahren wurden unglaubliche 90 Prozent der weltweiten Daten erstellt. Da immer mehr intelligente Geräte mit dem Internet der Dinge verbunden sind, wird diese Zahl voraussichtlich deutlich steigen.

„Wenn wir an Cloud-Speicher denken, denken wir an diese unendlichen Datenspeicher“, sagt Hyunjun Park, CEO und Mitbegründer des Datenspeicherunternehmens Katalog, sagte Digital Trends. „Aber die Cloud ist eigentlich nur der Computer eines anderen. Was die meisten Menschen nicht wissen, ist, dass wir so viele Daten generieren, dass die Geschwindigkeit, mit der wir sie generieren, unsere Fähigkeit, sie vollständig zu speichern, bei weitem übersteigt. In sehr naher Zukunft werden wir eine große Lücke zwischen den nützlichen Daten, die wir generieren, und der Art und Weise, wie wir sie auf herkömmlichen Medien speichern können, haben.“

Da Cloud-Speicherunternehmen damit beschäftigt sind, rasend schnell neue Rechenzentren zu bauen und bestehende zu erweitern, ist es schwierig zu sagen, wann die Datenspeicherkapazität erschöpft sein könnte. Es gibt keine Countdown-Uhr im Filmstil. Laut Park könnte die Menschheit jedoch bereits im Jahr 2025 kumulativ mehr als 160 Zettabytes an Daten produziert haben. (Falls Sie sich fragen, ist ein Zettabyte eine Billion Gigabyte.) Wie viel davon werden wir speichern können? Etwa 12,5 Prozent davon, schlägt Park vor.

Es ist klar, dass etwas getan werden muss.

Ist DNA die Antwort?

Hier kommen Park und sein MIT-Wissenschaftler und Mitbegründer Nathaniel Roquet ins Spiel. Ihr Startup Catalog hat eine Technologie entwickelt, von der sie glauben, dass sie die Datenspeicherung, wie wir sie kennen, verändern könnte. So behaupten sie, dass die gesamten Daten der Welt bequem in einem Raum von der Größe eines Kleiderschranks untergebracht werden können.

Die Kataloglösung? Durch die Kodierung von Daten in DNA. Das mag wie die Handlung eines Romans von Michael Crichton klingen, aber ihre skalierbare und erschwingliche Lösung ist seriös und hat es auch getan Bisher erhielt es Risikofinanzierung in Höhe von 9 Millionen US-Dollar – zusammen mit der Unterstützung führender Professoren aus Stanford und Harvard Universitäten.

„Eine Frage, die mir oft gestellt wird, ist: ‚Wessen DNA verwenden wir?‘“ Park lachte. „Die Leute haben Angst davor, dass wir Menschen DNA abnehmen und sie in Mutanten verwandeln oder ähnliches.“

Wir sollten klarstellen, dass dies nicht das ist, was Catalog tut. Die DNA, in die das Unternehmen Daten kodiert, ist ein synthetisches Polymer. Es hat keinen biologischen Ursprung, und die Reihe von Basenpaaren, in die die Daten als Reihe von Einsen und Nullen kodiert sind, ist nicht der Code für etwas Lebendiges. Aber das Endprodukt ist biologisch dennoch nicht von etwas zu unterscheiden, das man in einer lebenden Zelle finden könnte.

Über die Idee, dass DNA eine mögliche Speichermethode sein könnte, wird schon seit Jahrzehnten spekuliert, praktisch seit James Watson und Francis Crick 1953 die Doppelhelix entdeckten. Bisher gab es jedoch eine Reihe von Engpässen, die die Erfüllung dieser Anforderungen verhinderten enormes Potenzial als rechnergestützte Datenspeicherlösung.

Das traditionelle Denken zur DNA-basierten Datenspeicherung konzentrierte sich auf die Synthese neuer DNA-Moleküle; Ordnen Sie die Bitsequenz der Sequenz der vier Basenpaare der DNA zu und stellen Sie genügend Moleküle her, um alle Zahlen darzustellen, die Sie speichern möchten. Das Problem besteht darin, dass dieser Prozess langsam und teuer ist, was beides erhebliche Engpässe bei der Datenspeicherung darstellt.

Der Ansatz von Catalog basiert auf der Entkopplung des Syntheseprozesses vom Kodierungsprozess. Im Wesentlichen erzeugt das Unternehmen eine große Anzahl von nur wenigen verschiedenen Molekülen (was es viel billiger macht) und kodiert dann die Informationen, indem es aus den vorgefertigten Molekülen eine große Vielfalt erzeugt.

Als Vergleich verglich Catalog den bisherigen Ansatz, kundenspezifische Festplatten herzustellen, auf denen alle Ihre Daten fest verdrahtet waren. Das Speichern unterschiedlicher Daten bedeutet den Bau einer völlig neuen Festplatte von Grund auf. Sie schlagen vor, dass ihr Ansatz damit vergleichbar sei, leere Festplatten in Massenproduktion herzustellen und diese dann bei Bedarf mit den codierten Informationen zu füllen.

Es dreht sich alles um die Lagerung

Das Spannende daran ist die unglaubliche Menge an Daten, die gespeichert werden kann. Als Proof of Concept hat Catalog seine Technologie genutzt, um Bücher wie zu kodieren Per Anhalter durch die Galaxis in DNA. Aber das ist nichts im Vergleich zu den Möglichkeiten.

„Wenn man Äpfel mit Äpfeln vergleicht, erreicht man, dass die Bits, die man im gleichen Volumen speichern kann, etwa eine Million Mal so hoch sind wie die Informationsdichte eines Solid-State-Laufwerks“, sagte Park. „Was auch immer Sie auf einem Flash-Laufwerk speichern können, Sie könnten eine Million Mal so viel im gleichen Volumen speichern, wenn Sie es in DNA tun.“

Der Vergleich mit Solid-State-Laufwerken ist allerdings nicht exakt. DNA ist möglicherweise in der Lage, weitaus mehr Informationen auf demselben Datenträger zu speichern, verfügt jedoch nicht über den sofortigen Zugriff wie beispielsweise ein über USB angeschlossenes Flash-Laufwerk. Der Ansatz des Katalogs wandelt Daten in ein festes Pellet aus synthetischem Polymer um.

Um auf Ihre Daten zuzugreifen, müssten Wissenschaftler das Pellet nehmen, es durch Zugabe von Wasser rehydrieren und es dann mit einem DNA-Sequenziergerät auslesen. Dadurch werden die Basenpaare der DNA bereitgestellt, die wiederum zur Berechnung der Einsen und Nullen verwendet werden können, die Ihre Daten wieder zusammensetzen. Von Anfang bis Ende wird der Vorgang mindestens mehrere Stunden dauern.

Aus diesem Grund zielt Catalog zunächst auf einen Markt, der solche Verzögerungen gewohnt ist: den Archivierungsmarkt. Dies ist die Art von Daten, die derzeit auf Formaten wie Magnetbändern gespeichert werden und zur Verfolgung des Überblicks dienen von der Art von Informationen, von denen Sie vielleicht hoffen, dass Sie sie nicht noch einmal durchgehen müssen, die aber dennoch wichtig sind, um sie aufzuhängen auf zu. (Stellen Sie sich das Unternehmensäquivalent der Garantie für Ihren Kühlschrank vor.)

Aber gibt es jemals einen Punkt, an dem dies für den Durchschnittsbenutzer von Bedeutung sein wird? Schließlich machen sich die meisten von uns, wie wir oben in diesem Artikel dargelegt haben, kaum Gedanken über unsere Daten und darüber, wo sie gespeichert werden. Ist es auf Magnetband? Ist es ein Solid-State-Speicher? Es macht uns nichts aus, solange es da ist, wenn wir es brauchen.

Aufgrund der Zeit, die zum Abrufen von Informationen benötigt wird, ist es unwahrscheinlich, dass jemals ein Punkt erreicht wird, an dem z Beispielsweise werden Ihre Google Cloud-Informationen in riesigen Fässern mit DNA oder als Reihe marmorähnlicher Kügelchen in Mountain gespeichert View, CA. Sollte Catalog sein Konzept bei Unternehmen beweisen können, handelt es sich dabei wahrscheinlich um eine langfristige Speicheroption, während kurzfristige Daten andere Formen annehmen.

Stellen Sie sich die Möglichkeiten vor

Es gibt jedoch spannende Science-Fiction-ähnliche Möglichkeiten. „Stellen Sie sich ein subkutanes Pellet vor, das alle Ihre Gesundheitsdaten, alle Ihre MRA-Scans, Ihre Blutuntersuchungen und Ihre Röntgenbilder von Ihrem Zahnarzt enthält“, sagte Park. „Sie möchten immer, dass diese Daten für Sie leicht zugänglich sind, aber Sie möchten sie nicht unbedingt irgendwo in der Cloud oder auf einem ungesicherten Server in einem Krankenhaus haben. Wenn Sie diese in Form von DNA bei sich hätten, könnten Sie diese Daten und den Zugriff darauf physisch kontrollieren und gleichzeitig sicherstellen, dass nur autorisierte Ärzte Zugriff darauf haben.“

Schließlich verfügen heute, wie er betont, alle Krankenhäuser über DNA-Sequenziergeräte. „Ich sage nicht, dass wir das jetzt verfolgen, aber es ist eine mögliche Zukunft“, sagte er.

Nach der Bekanntgabe seines neuen Unternehmens konzentriert sich Catalog nun auf die Durchführung einiger Pilotprojekte, um zu demonstrieren, wie diese Technologie effektiv genutzt werden kann. „Das sind keine wissenschaftlichen Herausforderungen, die wir noch lösen müssen, sondern eher mechanische Optimierungsprobleme“, bemerkte er.

Nach eigenen Angaben ist er in dieses Feld eingestiegen, weil es sich nach einem coolen technologischen Ansatz für ein großes Unternehmen anhörte Park ist nun davon überzeugt, dass die DNA-Datenspeicherung zu einer der wichtigsten Technologien unserer Zeit werden könnte Zeit.

Wenn es darum geht, die Menschheitsgeschichte, wie wir sie kennen, zu archivieren, kann man kaum widersprechen. „Es geht darum, unsere Lebensweise, wie wir sie kennen, zu bewahren“, erklärte er.

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