DNA הוא הכונן הקשיח של העתיד

האנושות נהדרת ביצירת דברים, אבל יש דבר אחד שהמין שלנו יוצר ממנו יותר כמעט מכל דבר אחר: מידע.

עוד בשנת 2013, מחקר הגיע למסקנה ש-90 אחוז מכל הנתונים בעולם נוצרו בשנתיים הקודמות, ובכל זאת הכמות הזו עדיין נראית קטנה בהשוואה לשנים האחרונות. בשנת 2017 נוצרו 26 זטה-בייט (זטה-בייט אחד = מיליארד טרה-בייט) של נתונים, וזה יותר מכל מה שנוצר בשנים 2010-2013 ביחד.

לפי א דו"ח שפורסם בשנת 2019, בכל יום אנו משתפים 95 מיליון תמונות וסרטונים באינסטגרם, מפרסמים 500 מיליון ציוצים בטוויטר ושולחים 294 מיליארד אימיילים. למרות שהאינטרנט אולי נראה אוורירי, כל הנתונים האלה צריכים להיות מאוחסנים פיזית, בכוננים קשיחים ובשרתים ברחבי העולם. הבעיה היא שהמדיום המסורתי של אחסון נתונים כנראה לא יכול לעמוד בקצב הצפוי של הנתונים במהלך העשור הקרוב.

מה הפתרון? הכונן הקשיח של העתיד יכול להיות משהו ישן מאוד, משהו שנמצא בתוך כל אדם שקורא את זה: DNA.

מדריך ההוראות של הטבע

חומצה Deoxyribonucleic, או DNA, היא המולקולה שמכתיבה כיצד אורגניזם מתפתח. מולקולת DNA מכילה ארבעה בסיסי חנקן - אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C) - והרצף מהבסיסים האלה יוצרים הוראות כיצד תאים צריכים להתפתח, משפיעים על דברים כמו צבע שיער ועיניים, גובה וכו' עַל. DNA הוא בעצם מדריך ההוראות לבניית גוף.

DNA יכול גם להכיל כמות מדהימה של מידע: 215 פטה-בייט (1 פטה-בייט הוא כ-100 מיליון גיגה-בייט) של נתונים בגרם בודד. לא פחות מרשים הוא אורך החיים שלו. מדיומים מסורתיים כמו סרט מגנטי וזיכרון פלאש נוטים להידרדר, בין אם באמצעות שימוש חוזר או פשוט זמן. גם ה-DNA מתכלה, אך בקצב איטי משמעותית: בהתאם לתנאי האחסון, הוא יכול להימשך אלפי, ואפילו עשרות אלפי שנים.

אין זה מפתיע, אם כן, שחוקרים רואים במערכת האחסון של הטבע כלי לזרם המידע הבלתי פוסק של העולם.

"זה כמעט מגיע למעגל", אומר Hyunjun Park, מנכ"ל Catalog, חברה הבונה פלטפורמה לאחסון מבוסס DNA. "אנחנו חוזרים לטבע כדי לקבל השראה לפיתוח המדיום הזה."

קטלוג היא אחת החברות בקצה המדמם של טכנולוגיה זו, בונה פלטפורמת אחסון מבוססת DNA שיכולה להכיל את הקבצים ההולכים וגדלים של 5G, עידן בחדות גבוהה.

פוטנציאל מופלא במחיר סיוט

הרעיון של אחסון נתונים על DNA הוצע עוד בשנות ה-60 על ידי המדען הסובייטי מיכאיל ניימן. בעשרות השנים שחלפו מאז, החוקרים עשו צעדים גדולים בעשייתו בפועל, אולם היו מכשולים משמעותיים.

"צוואר הבקבוק שמנע מהטכנולוגיה הזו להפוך למיינסטרים", מסביר פארק, "היה העובדה שזה ממש יקר ואיטי לאחסן הרבה מידע".

לפי מחקר שפורסם ב-2018, טכניקת אחסון ה-DNA החסכונית ביותר באותה תקופה עלתה כ-3,500 דולר ל-MB לכתיבת הנתונים ו-1,000 דולר ל-MB כדי לקרוא אותם, אז אל תפרוש את כונן ה-solid state שלך ​​עדיין.

קטלוג שואף להוזיל את העלות של אחסון DNA על ידי יצירת מה שהם משווים לבית דפוס, המכשיר המהפכני שהשתמש בגושי אותיות מתחלפים, מצופים בדיו, כדי להדפיס במהירות דפים.

"הדרך שבה זה נעשה קודם", מסביר פארק, היא שניתן להשתמש בבסיסי ה-DNA -ATCG- כדי "לייצג כל מחרוזת ארוכה של 1 ו-0, כי אלו הנתונים שאתה מנסה לכתוב. אבל הבעיה בגישה הזו היא שלכל זוג בסיס שאתה מוסיף יש עלות והוא גוזל זמן."

בשיטת הדפוס של קטלוג, קוביות העץ הן "בלוקים של מולקולות DNA שסנתזנו מראש, אבל בכמויות גדולות. בעולם ה-DNA", הוא מסביר, "אם אתה מנסה לסנתז כמויות גדולות של רק כמה מולקולות שונות - נניח בסדר גודל של 100 - זה ממש זול וקל לביצוע.

"אבל אם אתה מנסה לסנתז כמויות קטנות מאוד של מיליון מולקולות שונות", הוא ממשיך, "זה ממש יקר ואיטי. אנחנו לוקחים את הבלוקים הגדולים יותר שיצרנו בכמויות גדולות ואנחנו משתמשים במדפסת שפיתחנו כדי לסדר אותם שילובים שונים ולצרף אותם יחד כך שנקבל את המגוון העצום הזה של מולקולות שונות שנוכל לייחס אחר כך מידע ל."

בניית מחשב טוב יותר דרך הטבע

בעוד שיכולות האחסון של DNA מסקרנות, פארק גם נרגש מהפוטנציאל שלה למחשוב. במשך שנים, מחשבים הלכו בערך בנתיב שנקבע בחוק מור, שקבע כי כל שנתיים בערך נוכל להכפיל את מספר הטרנזיסטורים המתאימים לשבב מחשב. עם זאת, שבבי מחשב הפכו כל כך קטנים בימינו עד שלא סביר יותר ויותר שנוכל להמשיך לסחוט שם עוד טרנזיסטורים. בעיקרו של דבר, חוק מור מת, או לפחות בהוספיס.

עם זאת, הצורך של האנושות למחשבים גדולים יותר מתמיד, ולכן חוקרים דוהרים לפתח גזעים חדשים של מחשבים (מחשבים קוונטיים, לדוגמה). מחשב מבוסס DNA הוא אפשרות אחת.

"אנחנו חושבים שברגע שיש לך נתונים ב-DNA, נוכל להשתמש באנזימים ובמולקולות DNA אחרות כדי לחשב על הנתונים האלה", אומר פארק, "וזו דרך יעילה מאוד, מקבילה ביותר לחשב את הנתונים האלה. זה לא יהיה עבור כל היישומים היומיומיים או כל הבעיות החישוביות, אלא עבור קבוצה של בעיות שהופכות יותר ויותר חשובות לחברה, אנו חושבים ש-DNA תהיה דרך מצוינת להתמודד זה."

פארק אומר שמחשבי DNA יתאימו היטב לבעיות שבהן יש לך כמות עצומה של נתונים, אבל החישובים שאתה צריך לעשות אינם מורכבים מדי. כדוגמה, הוא מדמיין תרחיש שבו מישהו צריך לסרוק אקסבייטים של נתוני מפקד האוכלוסין.

"אתה רוצה להיות מסוגל לחפש במהירות בכל זה בו זמנית ולהמציא שמות של אנשים שעומדים בסט מסוים של קריטריונים כמו טווח גילאים מסוים או טווח הכנסה או אזור גיאוגרפי", הוא אומר. "כדי לעשות את זה במחשב מסורתי, כדי להיות מסוגל לעבור על כל האקסבייטים שאספת במשך עשרות שנים, תצטרך לקרוא בחזרה את הקלטת המגנטית זה ישב באחסון קר... אז תחשוב על זה בלוקים שמתאימים לזיכרון, ואז בלוקים שנכנסים ליחידת העיבוד, ועושים את זה בסדרה דֶרֶך. אם יש לך את זה ב-DNA, הנפח יהיה ממש קטן בגלל צפיפות המידע של DNA, וכך היית מכניס כמה בדיקות שנקשרות למאפיין שאתה מחפש ל."

מהפכה באופק

אז מתי כדאי להתכונן לזרוק את הציוד הנוכחי ולהחליף אותו בחלקי מחשב ביו-אורגניים? כנראה שלא בקרוב.

"אני חושב שבעתיד הנראה לעין", אומר פארק, "תהליך הכתיבה שבו אתה ממיר נתונים דיגיטליים ל-DNA מתרחש במתקנים מיוחדים". נתוני DNA המתקנים יאוחסנו את הנתונים מבוססי ה-DNA, שאנשים יכולים לגשת אליהם כמו שהם עושים לשרת מסורתי, אם כי הוא מציע שאנשים יוכלו לקבל עותקים של הנתונים שלהם בבדיקה צינורות.

לעת עתה, אחסון ומחשוב מבוססי DNA לא צפויים להיות חלק ניכר מחיי היומיום, אלא משהו שיכול להיות בעל השפעה עצומה על תפיסת התמונה הגדולה של האנושות.