حافظه‌ی ذخیره‌سازی جاودان؛ چرا DNA آینده‌ی ذخیره‌ی داده‌ها است؟

 شاید امروزه بهترین راهکار برای ذخیره‌ی داده‌ها استفاده از انواع هارد دیسک‌هایی باشد که قیمت نسبتا مناسبی داشته و ظرفیت بالایی نیز دارند. اما عمده‌ترین مشکل این حافظه‌‌های ذخیره‌سازی، عمر کوتاه آن‌ها است که در بهترین حالت شاید ۱۰ یا ۲۰ سال باشد. کمپانی Backblaze در حال انجام تستی است که طی آن ۲۵٫۰۰۰ هارد درایو بصورت همزنان مورد استفاده قرار می‌گیرند. با پایان عمر یکی از هارددرایو‌ها، گزینه‌ی معیوب با نمونه‌ی جدیدتر جایگزین می‌شود.

با توجه به اینکه این آزمایش تنها برای پنج سال در حال انجام است، ارقام منتشر شده نشان از سائیدگی ۲۲ درصدی مجموع هارد درایوهای مورد استفاده در چهار سال اخیر دارند.

براساس اطلاعات ارائه شده توسط این کمپانی، شاید شماری از این هاردها بیش از یک دهه دوام بیاورند، اما در مقابل شماری دیگر در کمتر از یک سال خراب می‌شوند. اما نکته‌ی اصلی در مورد هارد درایوها، این است که این حافظه‌های ذخیره‌سازی برای همیشه باقی نمی‌مانند.

دانشمندان همچون همیشه برای حل این مشکل رو به طبیعت آورده‌اند تا بهترین حافظه‌ی ذخیره‌سازی را که می‌تواند اطلاعات را برای میلیون‌ها سال ذخیره کند، پیدا کنند.

دانشمندان در انستیتو تکنولوژی فدرال زوریخ، معتقدند که کلید حل مشکل ذخیره سازی داده‌ها برای ابد در DNA نهفته است. تک تک سلول‌های بدن انسان خود دارای الگوی DNA هستند.

یک گرم DNA ظرفیت ذخیره‌سازی تمام داده‌ی ذخیره شده در دیتاسنتر‌ کمپانی‌هایی نظیر فیس‌بوک و گوگل را دارا است و با این وجود حتی می‌تواند داده‌های بیشتری را نیز در خود جای دهد. برای درک این موضوع بهتر است به این نکته توجه کنید که هر گرم DNA‌ می‌تواند ۴۵۵ اگزابایت داده در خود جای دهد. هر اگزابایت داده برابر یک میلیارد گیگابایت است که در این صورت ظرفیت ذخیره‌سازی یک گرم DNA برابر با ۴۵۵ میلیارد گیگابایت اطلاعات می‌شود.

فسیل‌سازی به فرآیندی اطلاق می‌شود که طی آن دانشمندان رشته‌ی DNA یک جانور را برای به دست آورن ژنوم کامل آن، فرآوری می‌کنند. دانشمندان اخیرا موفق شده‌اند ژنوم مربوط به یک خرس قطبی ۱۱۰٫۰۰۰ هزار ساله را به دست آورند. همچنین باید به دستیابی به ژنوم یک اسب ۷۰۰٫۰۰۰ ساله نیز اشاره کرد.

 رابرت گراس، استاد دپارتمان شیمی و علوم زیستی کاربردی عمده مشکل DNA‌ را افت سریع این ساختار عنوان کرده است. براساس اطلاعات ارائه شده، هدف از این پروژه یافتن راه‌هایی برای ذخیره‌ی داده‌ها در ساختار DNA به‌همراه استفاده از امکان ماندگاری DNA یافت شده در فسیل‌ها است.

 وی در این خصوص به CNN گفت:

ما راه‌های بسیار خوبی را برای پایدار کردن DNA پیدا کرده‌ایم. ما در پی ترکیب این دو حوزه با یکدیگر هستیم تا ظرفیت DNA را در کنار پایداری زنجیره‌ی ژن‌های سلولی در فسیل‌ها به دست بیاوریم.

فرآنید آماده‌سازی DNA در واقعا نمودی از فرآیندی است که در طبیعت نیز شاهد آن هستیم.

در فسیل‌ها شاهد قرار گرفتن DNA در محیطی خشک، خنک و محبوس هستیم که این موضوع را می‌توان در کریستال‌های میکروسکوپی نیز پیاده‌سازی کرد که در این صورت داده‌ها برای چندین هزار سال در کریستال‌های میکروسکوپی باقی خواهند ماند.

گراس در این خصوص گفت:

محدودیت زمانی پایداری DNA در فسیل‌ها برابر ۷۰۰٫۰۰۰ سال است، اما کارشناسان تخمین می‌زنند که در آینده می‌توانند فسیل‌هایی را با قدمت بیش از یک میلیون سال پیدا کرد.

ما قادریم تا میزان پوسیدگی DNAهای خود را به اندازه‌ی DNAهای ذخیره شده در فسیل‌ها برسانیم از این رو می‌توانیم به بازه‌های زمانی چند میلیون ساله برسیم. پیدا کردن فسیل‌هایی با قدمت کمتر نتایج بسیار متحیرکننده‌ای را برای دانشمندان در مورد فرآیند آماده‌سازی DNA در اختیار دانشمندان قرار داده است.

استخوان‌های پیدا شده در Sima de los Huesos در اسپانیا نتایج بسیار جالب توجهی را در اختیار کارشناسان قرار داده است. DNA موجود در میتوکوندری قدمتی ۴۰۰٫۰۰۰ ساله داشته و رکوردی برای بقای DNA انسان‌ها است.

باقی ماندن DNA انسان در محیط یک غار سرد برای سالیان دراز در کنار کشف اجساد یخ زده‌ی ماموت‌ها زیر یخ در سیبری حقایق جدیدی را در مورد ماندگاری DNA‌ در طولانی مدت گشوده است.

گراس در این خصوص می‌گوید:

بسیاری از جوانب DNA هنوز کشف نشده و تلاش دانشمندان در جهت دریافتن مکانیزم این ماده است.

یکی از مواردی که هم‌اکنون برای کاربران مشخص شده، این نکته است که اکسیژن و آب دشمن DNA به شمار می‌روند. براساس تحقیقات صورت گرفته DNAهایی برای آزمایش در یک لوله در مجاورت آب و اکسیژن قرار داده شده‌اند. این DNA ها تنها موفق شده‌اند که برای سه سال دوام داشته باشند. قرار دادن DNA‌ در کریستال‌های میکروسکوپی و همچنین ایجاد شرایطی خشک و خنک شانس مقاومت DNA را بسیار افزایش می‌دهد.

گراس به این نکته اشاره کرده که ساخت پوشش‌هایی در حول DNA با استفاده از مولکول‌های مواد سخت که باعث ایجاد کریستال در حول DNA می‌شود، شانس مقاومت DNA‌ را بسیار افزایش خواهد داد و خود این فرآیند نیز بسیار ساده است.

تیم محققینی که روی این فناوری کار می‌کنند، در اولین تلاش خود موفق شده‌اند که تنها ۸۳ کیلوبایت داده را در DNA ذخیره کنند.

براساس اطلاعات ارائه شده اطلاعات ثبت شده در DNA را می‌توان تا ۱۰٫۰۰۰ سال دیگر ذخیره کرد. این بازه‌ی زمانی در صورتی که DNA‌ در محیطی سرد قرار گیرد، به میلیون‌ها سال نیز افزایش خواهد یافت.

هزینه‌ی مورد نیاز برای ذخیره‌سازی ۸۳ کیلوبایت داده تقریبا برابر ۲٫۰۰۰ دلار است. گراس امیدوار است که این هزینه در آینده به شت کاهش یابد.

گراس در این خصوص می‌گوید:

قیمت ژنوم‌های انسانی در سال‌های اخیر از چند میلیون دلار به چند هزار دلار کاهش یافته است. از این‌رو مطمئنا در سال‌های آینده نیز شاهد کاهش قیمت فرآیند ذخیره‌سازی داده‌ها روی DNA خواهیم بود.

وی پیشرفت‌های حاصل در زمینه‌ی علم پزشکی را نیز در مورد کاهش هزینه‌های ذخیره سازی داده‌ها بسیار موثر می‌داند.

نظر شما در این خصوص چیست؟ آیا در سال‌های آتی شاهد ذخیره‌سازی داده‌های حجیم در دیتاسنترهای در قالب کد شده روی DNAها خواهیم بود؟ بشر با دست یافتن به این فناوری در مرحله‌ی بعد چه اقدامی خواهد کرد؟ نظرات خود را با ما و دوستان خود به اشتراک بگذارید.