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本帖被 xgch 执行加亮操作(2024-01-30)
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信息时代的人类，对于储存空间的匮乏却在发愁了。根据一家调查机构的统计，到2025年，全世界的信息数据，将从30多ZB增加到175ZB。1ZB等于1万亿GB，所以这巨量的数据，确实让人很头疼。除了没有地方可储存数据外，人类目前现有的各种储存介质，无论如何都难以做到百分百完美，时间长了总会出现耗损，因此还得不停备份。于是，储存空间不够和耗损，这两个问题成为21世纪新的难点。在这种情况下，有科学家很早就盯上了DNA。因为从本质上来看，DNA本质上也是一个储存空间，只不过它储存的是生物信息。而且根据此前的研究来看，DNA这种天然演化生成的信息密度，要比人类费心研究出来的其他介质好多了。很小的一部分，就能储存数百万GB的信息，这空间确实远超人类的制造。除了储存量大，它相比于人造的介质耗损又很低。其储存的信息，可以长达几百年。所以在这种情况下，科学家始终盯着DNA不放，就想看看能不能将数据储存到它的里面。实际具有可操作性吗？生物信息和其他信息能一样吗DNA上储存的信息，可以简单理解成是基因片段。它以一定的数量和顺序排列着。而DNA整体，又是双螺旋式的分子链，这些分子链，是由不同的脱氧核糖核酸按顺序组成的。正是按照它给出的信息指令，生命才会从最初的受精卵，逐步分裂形成更多的细胞。细胞生成后，再依照DNA里储存的信息，分化形成各种身体组织。接着，组织之上再形成器官，由此一个完整的生命体就出现了。这一切的基础，正是靠着DNA的信息储存，只不过这些信息是生物信息，或者说是生命信息。那么，如果将它们改成其他的信息，DNA能够进行储存吗？科学家不光考虑过，而且在上世纪就曾做过类似的实验。DNA的信息储存机制虽然是生命演化的步骤，可机制本身跟人类的编码却有些一致。也正因为如此，当人类可以在电脑上，靠着0和1两个字符来表示一切的时候，生物学家同样也能操控DNA，来编写相类似的信息。上世纪80年代，一张照片就被储存到了DNA上，请注意是真的储存。具体就是依照上面所说的情况，先将照片改写成二进制的数据，之后再将其转化成ATCG序列，这样就将信息储存到这段DAN里了。如何进行信息的读取呢？只要给DNA测序，就等于在读取信息。即便是将信息，储存在了活着细胞的DNA里，本身也丝毫没有影响。近年来，哈佛医学院的遗传学专家，又把整部电影储存在了DNA上。此前的照片储存，包括这一次的电影储存，所用DNA都是大肠杆菌的。虽然它的DNA里被储存了奇怪的东西，但经过储存后，大肠杆菌本身活得好好的，看起来丝毫不受任何影响。更有意思的是，信息在它的体内，也是可以通过下一代的繁殖而复制。这就是说，那不被储存的电影，会一代代的通过繁殖而遗传下来。而国内的科研人员，在2023年时也做过类似的研究。来自北京大学的研究人员，将一篇5KB的文章，储存到了一个细菌的DNA里。字符串刻录在DNA碱基上DNA碱基对组成的序列，犹如原始的结绳记事，而且序列构成的链条越长，代表记载的信息也就越多。同样，科研人员先将要储存的信息转化编码，而后将字符串刻录到DNA的碱基对上，这样不同的碱基，就等于记录了不同的字符串。至于读取信息，现在的技术也已相当成熟。国内在这方面的研究已经持续了十几年，而且已经形成了储存信息的DNA池。这些被专门培养的DNA分子，作为生物硬盘，被保存在特定的溶液里。一个DNA分子，就能保存200比特的信息，而一根小小的试管里，就能储存大量的DNA分子。有了这样的生物硬盘，可以传统的硬盘好多了。因为一毫升的DNA溶液里，就能储存2000个以上2TB硬盘的数据。而且读取信息的仪器也相当小，只要取出一点细菌溶液，而后经过处理就能读取到上面的记录。这种模式本身，由于要运用到专业的设备和技术，肯定还无法推广。其实即便未来推广了，也不知道普通人有多少数据，需要兴师动众用这样的方式进行储存。也有人担心，用这样的方式储存数据，会不会对细菌本身的DNA造成影响，要是一不留神改变了其遗传指令，弄出什么可怕的东西就得不偿失了。对此，国内的科研人员表示，在进行刻录的时候，会提前和基因库中的信息进行比照。这样可以确保所录入的信息中，不会出现跟生物基因相同的片段。简单理解起来就是，记录的信息，不是表现生物本身特性的，对细菌自己来说，那些信息对它没有什么实质性意义，构不成遗传指令。科研人员表示，下一步的研究，还能通过融入别的指令信息，确保细菌在特定环境里死亡。至于为何非要这样储存数据，就又得说到储存空间上来了。DNA可以将全世界的数据都存下科研人员表示，传统硬盘储存方式，不但储存空间有限，本身因为散热也会挤占空间。对比之下，DNA的储存密度，是传统硬盘的1000万倍。从时常上来说，哪怕是因为成为化石的DNA，通过技术手段，照样能够将上面的信息读取。而传统的硬盘，肯定不具备这么长的寿命。而且，用DNA来保存数据，基本上不存在能量的耗损。传统的硬盘储存大量数据，耗电和散热，都是相当大的能耗。而DNA储存的数据，在常温状态下就能保存。那么，即便有大数据的储存需求，究竟是哪些数据，需要用到这样的方式来储存呢？最常见的，是天文学领域产生的数据。天文观测每天产生的数据，是以PB为单位来计算的。1PB的文件，就能装满1024个容量为1TB的硬盘。面对如此海量的数据，未来技术一旦成熟，就能轻松将其储存在DNA的硬盘里了。此前有研究显示，1公斤的DNA，就能将全世界的数据全部储存完。目前该技术最大的难度，还在于应用和推广。技术的难度，必然推高了其成本，因此普及化的推广眼下肯定还是做不到的。不过在科研人员看来，未来研究的方向，还是有可能将储存的技术小型化和便捷化的。比如DNA池，就好比一个大数据中心。而细菌基因组，就相当于一个U盘。当然，究竟何时才能出现这样的储存形式，目前也只有期待了。此外，很多人也不禁会产生另一种疑问，DNA的结构如此精妙，那么它又是怎么来的呢？真的如同进化论所说，是进化而来的？DNA可能来自宇宙深处吗此前就有观点认为，地球上生命的DNA可能来自宇宙，而且携带其前来的是陨石。那些在早期与地球碰撞的小行星，有的结构里就含有DNA组成成分。此前，有科学家对地球上的一些古老陨石进行了研究，居然在上面发现了鸟嘌呤的疑似物质。2019年，又有科学家研究发现，在宇宙深处的一些星际云中，也发现了有DNA组成的成分。虽然发现了DNA出现在外太空，而且小行星撞击地球，早期也确实有可能将某种DNA的成分带来地球，进而就像散播种子一样，让生命在地球上生成繁衍。但是，这依旧无法解释DNA来自哪里。这些来自太空的疑似DNA，它们的前身又是来自哪里的呢？就目前来看，这还是相当困扰人类的一个问题。结语虽然人类现在还搞不清DNA的生成机制，但现在依照已经掌握的技术，除了能在DNA上面储存信息外，人类还想通过改造DNA，进而来合成一种新的生命。目前，相关的研究还处在起步阶段，现在的合成细菌基因组制造，在研究领域已经拥有较为成熟的技术了。但是，如果想合成植物或者是动物的话，由于基因的表达十分复杂，合成起来的难度也将是指数级别的。在一些科学家看来，未来100年，人类也就改造一下某些细菌或者真菌。想要合成高等的动物体，还是相当困难的。有困难不假，但人类在这一领域的研究，未来肯定会继续推动。毕竟要不是研究，人类也找不到DNA这种绝佳的“硬盘”。下一步，能把这项技术从研究推广到现实中，就已经很了不起了。
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