DNA คือฮาร์ดไดรฟ์แห่งอนาคต

มนุษยชาติสร้างสรรค์สิ่งต่าง ๆ ได้อย่างยอดเยี่ยม แต่มีสิ่งหนึ่งที่สายพันธุ์ของเราสร้างขึ้นมากกว่าสิ่งอื่นใด นั่นก็คือ ข้อมูล

ย้อนกลับไปในปี 2013 การศึกษาสรุปว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของข้อมูลทั้งหมดของโลกถูกสร้างขึ้นในช่วงสองปีที่ผ่านมา แต่ปริมาณดังกล่าวยังคงดูน้อยเมื่อเทียบกับปีที่ผ่านมา ในปี 2560 มีข้อมูลที่สร้างขึ้น 26 เซตตะไบต์ (หนึ่งเซตตะไบต์ = หนึ่งพันล้านเทราไบต์) ซึ่งมากกว่าทุกสิ่งที่สร้างขึ้นในปี 2553-2556 รวมกัน

ตามก รายงานที่เผยแพร่ในปี 2019ในแต่ละวันเราแบ่งปันรูปภาพและวิดีโอ 95 ล้านรายการบน Instagram โพสต์ 500 ล้านทวีตบน Twitter และส่งอีเมล 294 พันล้านฉบับ แม้ว่าอินเทอร์เน็ตอาจดูเหมือนไม่มีตัวตน แต่ข้อมูลทั้งหมดนั้นจะต้องถูกจัดเก็บทางกายภาพบนฮาร์ดไดรฟ์และเซิร์ฟเวอร์ทั่วโลก ปัญหาก็คือ สื่อจัดเก็บข้อมูลแบบเดิมๆ เหล่านี้อาจไม่สามารถรองรับข้อมูลที่คาดว่าจะล้นหลามในทศวรรษหน้าได้

วิธีแก้ปัญหาคืออะไร? ฮาร์ดไดรฟ์แห่งอนาคตอาจเป็นของเก่ามากจริงๆ ซึ่งเป็นสิ่งที่อยู่ภายในทุกคนที่อ่านข้อความนี้: DNA

คู่มือการใช้งานของธรรมชาติ

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือ DNA เป็นโมเลกุลที่กำหนดวิธีการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต โมเลกุล DNA ประกอบด้วยฐานไนโตรเจน 4 ฐาน ได้แก่ อะดีนีน (A) ไทมีน (T) กัวนีน (G) และไซโตซีน (C) และลำดับ ของฐานเหล่านี้ก่อให้เกิดคำแนะนำว่าเซลล์ควรพัฒนาอย่างไร ซึ่งมีอิทธิพลต่อสิ่งต่างๆ เช่น สีผมและตา ความสูง และอื่นๆ บน. DNA เป็นคู่มือการใช้งานในการสร้างร่างกายโดยพื้นฐานแล้ว

DNA ยังสามารถเก็บข้อมูลจำนวนมหาศาลได้: 215 เพตาไบต์ (1 เพตาไบต์คือประมาณ 100 ล้านกิกะไบต์) ของข้อมูลในหนึ่งกรัม สิ่งที่น่าประทับใจไม่แพ้กันคืออายุการใช้งานยาวนาน สื่อแบบเดิมๆ เช่น เทปแม่เหล็กและหน่วยความจำแฟลช มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพ ไม่ว่าจะผ่านการใช้งานซ้ำๆ หรือเพียงเวลาก็ตาม ดีเอ็นเอก็สลายตัวเช่นกัน แต่ในอัตราที่ช้ากว่ามาก: ขึ้นอยู่กับสภาวะการเก็บรักษา ดีเอ็นเอสามารถคงอยู่ได้หลายพันปีหรือหลายหมื่นปี

ดังนั้น จึงไม่น่าแปลกใจที่นักวิจัยมองว่าระบบจัดเก็บข้อมูลของธรรมชาติเป็นเหมือนภาชนะสำหรับกระแสข้อมูลที่ไม่หยุดยั้งของโลก

“มันเกือบจะใกล้เข้ามาแล้ว” Hyunjun Park ซีอีโอของ Catalog ซึ่งเป็นบริษัทที่สร้างแพลตฟอร์มสำหรับการจัดเก็บข้อมูลแบบ DNA กล่าว “เรากำลังกลับคืนสู่ธรรมชาติเพื่อรับแรงบันดาลใจในการพัฒนาสื่อนี้”

แค็ตตาล็อกเป็นหนึ่งในบริษัทที่ล้ำสมัยของเทคโนโลยีนี้ โดยสร้างแพลตฟอร์มการจัดเก็บข้อมูลแบบ DNA ที่สามารถรองรับไฟล์ขนาดใหญ่ที่เพิ่มขึ้นของ 5จียุคความคมชัดสูง

ศักยภาพอันน่าอัศจรรย์ในราคาที่น่าหวาดเสียว

แนวคิดในการจัดเก็บข้อมูลบน DNA ได้รับการเสนอย้อนกลับไปในยุค 60 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต มิคาอิล นีมาน ในช่วงหลายทศวรรษนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิจัยมีความก้าวหน้าอย่างมากในการทำเช่นนั้น อย่างไรก็ตาม มีอุปสรรคสำคัญเกิดขึ้น

“ปัญหาคอขวดที่ทำให้เทคโนโลยีนี้ไม่กลายเป็นกระแสหลัก” Park อธิบาย “คือความจริงที่ว่าการจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากมีราคาแพงมากและช้ามาก”

ตาม การศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2561ซึ่งเป็นเทคนิคการจัดเก็บข้อมูล DNA ที่คุ้มค่าที่สุดในขณะนั้นมีราคาประมาณ 3,500 เหรียญสหรัฐต่อ MB สำหรับการเขียนข้อมูล และ 1,000 เหรียญสหรัฐต่อ MB สำหรับการอ่าน ดังนั้นอย่าเพิ่งเลิกใช้โซลิดสเตตไดรฟ์ของคุณ

แคตตาล็อกมีเป้าหมายเพื่อลดต้นทุนการจัดเก็บ DNA ด้วยการสร้างสิ่งที่เปรียบเทียบกับแท่นพิมพ์ อุปกรณ์ปฏิวัติวงการที่ใช้บล็อคตัวอักษรที่เคลือบด้วยหมึกเพื่อพิมพ์ได้อย่างรวดเร็ว หน้า

“วิธีที่มันเคยทำมาก่อน” Park อธิบายคือฐานของ DNA –ATCG– สามารถใช้เพื่อ “แทนสตริงยาวๆ ของ 1 และ 0 ได้ เพราะนั่นคือข้อมูลที่คุณพยายามจะเขียน แต่ปัญหาของแนวทางนั้นคือแต่ละคู่เบสที่คุณเพิ่มเข้าไปนั้นมีค่าใช้จ่ายและใช้เวลานาน”

ในวิธีการพิมพ์ของแคตตาล็อก บล็อกไม้คือ "บล็อกของโมเลกุล DNA ที่เราสังเคราะห์ไว้ล่วงหน้าแต่ในปริมาณมาก ในโลก DNA” เขาอธิบาย “หากคุณพยายามสังเคราะห์โมเลกุลที่แตกต่างกันเพียงไม่กี่โมเลกุลในปริมาณมาก อย่างเช่น ตามลำดับ 100 โมเลกุล นั่นเป็นวิธีที่ถูกและง่ายที่จะทำจริงๆ

“แต่ถ้าคุณพยายามสังเคราะห์โมเลกุลต่างๆ นับล้านในปริมาณที่น้อยมาก” เขากล่าวต่อ “นั่นมีราคาแพงและช้ามาก เรากำลังนำบล็อกขนาดใหญ่เหล่านี้ที่เราทำในปริมาณมากมาใช้ และเรากำลังใช้เครื่องพิมพ์ที่เราพัฒนาขึ้นเพื่อจัดเรียงบล็อกเหล่านั้น นำมารวมกันแล้วนำมารวมกันเพื่อที่เราจะได้โมเลกุลต่างๆ มากมายมหาศาล ซึ่งเราสามารถระบุได้ว่าต่างกันอย่างไร ข้อมูลให้กับ”

สร้างคอมพิวเตอร์ที่ดีขึ้นจากธรรมชาติ

แม้ว่าความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลของ DNA จะน่าสนใจ แต่ Park ก็รู้สึกตื่นเต้นกับศักยภาพด้านการประมวลผลเช่นกัน เป็นเวลาหลายปีมาแล้วที่คอมพิวเตอร์ดำเนินตามแนวทางที่กำหนดไว้ในกฎของมัวร์ ซึ่งระบุว่าทุก ๆ สองปีหรือประมาณนั้น เราสามารถเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ที่พอดีกับชิปคอมพิวเตอร์ได้เป็นสองเท่า อย่างไรก็ตาม ชิปคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมีขนาดเล็กมากจนไม่น่าเป็นไปได้มากขึ้นเรื่อยๆ ที่เราจะบีบทรานซิสเตอร์เข้าไปได้อีก โดยพื้นฐานแล้ว กฎของมัวร์ตายแล้วหรืออย่างน้อยก็ในบ้านพักรับรองพระธุดงค์

อย่างไรก็ตาม ความต้องการของมนุษยชาติสำหรับคอมพิวเตอร์ที่ยิ่งใหญ่กว่าเดิมนั้นมีชีวิตชีวา ดังนั้นนักวิจัยจึงเร่งพัฒนาคอมพิวเตอร์สายพันธุ์ใหม่ (คอมพิวเตอร์ควอนตัม, ตัวอย่างเช่น). คอมพิวเตอร์ที่ใช้ DNA ก็เป็นหนึ่งในความเป็นไปได้

“เราคิดว่าเมื่อคุณมีข้อมูลใน DNA แล้ว เราสามารถใช้เอนไซม์และโมเลกุล DNA อื่นๆ เพื่อคำนวณข้อมูลนั้นได้” Park กล่าว “และนั่นเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงและขนานกันอย่างยิ่งในการคำนวณข้อมูลนั้น มันจะไม่ใช่สำหรับแอปพลิเคชันแบบวันต่อวันทั้งหมดหรือปัญหาทางการคำนวณทั้งหมด แต่สำหรับชุดของ ปัญหาที่มีความสำคัญต่อสังคมมากขึ้นเรื่อยๆ เราคิดว่า DNA จะเป็นหนทางที่ดีในการดำเนินการ มัน."

Park กล่าวว่าคอมพิวเตอร์ DNA น่าจะเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับปัญหาที่คุณมีข้อมูลจำนวนมหาศาล แต่การคำนวณที่คุณต้องทำนั้นไม่ซับซ้อนเกินไป ตามตัวอย่าง เขาจินตนาการถึงสถานการณ์ที่ใครบางคนจำเป็นต้องรวมข้อมูลการสำรวจสำมะโนประชากรจำนวนเอกซาไบต์

“คุณต้องการที่จะสามารถค้นหาทุกสิ่งได้อย่างรวดเร็วพร้อมๆ กัน และสร้างชื่อบุคคลขึ้นมา ที่ตรงตามเกณฑ์ที่กำหนด เช่น ช่วงอายุหรือช่วงรายได้ หรือภูมิภาคทางภูมิศาสตร์” เขากล่าว พูดว่า “เพื่อที่จะทำเช่นนั้นในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม เพื่อให้สามารถอ่านเอกซาไบต์ทั้งหมดที่คุณรวบรวมมานานหลายทศวรรษได้ คุณจะต้องอ่านเทปแม่เหล็กกลับคืน ที่กำลังนั่งอยู่ในห้องเย็น … จากนั้นจึงคำนวณเป็นบล็อกที่พอดีกับหน่วยความจำ จากนั้นในบล็อกที่พอดีกับหน่วยประมวลผล และทำสิ่งนั้นในซีเรียล มารยาท. หากคุณมีมันใน DNA ปริมาตรก็จะน้อยมาก เนื่องจากความหนาแน่นของข้อมูลของ DNA ดังนั้นคุณจะต้องตรวจสอบบางอย่างที่ผูกกับคุณลักษณะที่คุณกำลังมองหา สำหรับ."

การปฏิวัติบนขอบฟ้า

แล้วเมื่อใดที่คุณควรเตรียมทิ้งอุปกรณ์ปัจจุบันของคุณและแทนที่ด้วยชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ชีวภาพออร์แกนิก? คงไม่ใช่ในเร็วๆ นี้หรอก

“ผมคิดว่าในอนาคตอันใกล้นี้” Park กล่าว “กระบวนการเขียนที่คุณแปลงข้อมูลดิจิทัลเป็น DNA กำลังเกิดขึ้นที่สถานประกอบการเฉพาะทาง” ข้อมูลดีเอ็นเอ สิ่งอำนวยความสะดวกจะเก็บข้อมูลตาม DNA ซึ่งผู้คนสามารถเข้าถึงได้เหมือนกับเซิร์ฟเวอร์แบบดั้งเดิม แม้ว่าเขาจะแนะนำว่าผู้คนสามารถรับสำเนาข้อมูลของตนในการทดสอบ หลอด

ในปัจจุบัน การจัดเก็บข้อมูลและการประมวลผลโดยใช้ DNA ไม่น่าจะเป็นส่วนที่เห็นได้ชัดเจนในชีวิตประจำวัน แต่เป็นสิ่งที่อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อมุมมองภาพรวมของมนุษยชาติ