اطلاعات ذخیره شده در DNA تا چند میلیون سال در آن باقی می مانند

استخوان های فسیل شده می توانند اطلاعات ژنتیکی را برای چندین هزار سال در خود نگه دارند و همین مسأله دانشمندان بنیاد فنّاوری زوریخ را بر آن داشت تا به منظور تحقیقات بیشتر، اطلاعات دیجیتالی را روی DNA یک فسیل مصنوعی ثبت کرده و در کپسولی شیشه ای از آن محافظت کنند.

بیشتر اطلاعات دیجیتالی ما از طریق فناوری هایی ذخیره می شوند که می توانند در کوتاه مدت عملکردی موفق را از خود به نمایش بگذارند و برای فعالیت در مدت زمان های طولانی تر طراحی نشده اند. برای نمونه، دوام هارد دیسک های استاندارد کمتر از چند دهه است و مستعد آسیب دیدگی در دمای بالا، رطوبت، مغناطیس و ضربه های فیزیکی هستند.

در ادامه این مطلب با دیجیاتو همراه باشید.

حتی SSDها که عملکرد بهتری نسبت به دیسک های مکانیکی دارند و کمتر مستعد مشکلات فیزیکی هستند، در صورتی که برای چند ماه به منبع تغذیه متصل نشوند، اطلاعات خود را از دست می دهند.

ذخیره سازی اطلاعات با استفاده از استانداردهای DNA می تواند یکی از راهکارهای جالب برای حل این مسأله باشد. به همان اندازه که تحقق این ایده دور از ذهن به نظر می رسد، چندین دلیل قانع کننده برای پیگیری آن وجود دارد. نکته اول اینکه، اطلاعات DND به صورت فشرده ذخیره می شوند، آنقدر فشرده که درک آن دشوار است.

یک سلول زنده می تواند شامل میلیون ها نوکلئوبیس (اجزای بیولوژیکی حاوی نیتروژن) باشد که هر یک از آنها حداقل یک بیت اطلاعات را در خود دارد.

حالا این نکته را هم به آن اضافه کنید که فسیل ها در شرایط مناسب، اطلاعات ژنتیکی را برای میلیون ها سال در خود نگه می ‌دارند و به همین دلیل بهترین گزینه برای ذخیره سازی طولانی مدت داده ها محسوب می شوند و این همان چیزی است که دکتر رابرت گرس و تیم او در بنیاد فنّاوری زوریخ برای محقق ساختنش در تلاش هستند.

همان طور که در دروس زیست شناسی خوانده ایم، DNA به وسیله چهار نوکلئوبیس کد گذاری می شود؛ این بدان معناست که به صورت نظری، هر کدام از آنها می توانند تا دو بیت داده را در خود داشته باشند.

بعد از اعمال محدودیت های حاصله از مراحل فنی و چیدمان نوکلئوبیس ها ( که 35 درصد از کل حجم داده را شامل می شود)، هر کدام از اجزای بیولوژیکی به صورت مفید 1.2 بیت داده را در خود جای می دهند.

11206064-scientist-working-at-the-laboratory

دکتر گرس و تیم او تجربه خود را با ذخیره 83 کیلوبایت اطلاعات درون 4.991 رشته DNA به طول 158 نوکلئودیت، آغاز کردند. سپس برای جلوگیری از فاسد شدن آن در طول زمان، محیطی شبه واقعی در کپسولی از جنس سیلیکا به اندازه 150 نانومتر به وجود آوردند تا در برابر واکنش های شیمیایی محیط از این DNA محافظت شود.

برای خواندن مجدد اطلاعات لازم است این کپسول در معرض محلول فلوراید قرار گیرد؛ محلولی که سیلیکا را حل می کند اما تأثیری بر DNA ندارد.

سیستم های دیجیتالی که به منظور نگهداری طولانی مدت اطلاعات طراحی شده اند ( از دیسک های ساخته شده با کریستال تا دیسک های تنگستن سخت)، به طور معمول مقاومت بالایی در برابر از خود نشان می دهند.

زیرا در آزمایشگاه ها به طور معمول برای تخمین زدن مقدار پایداری اطلاعات در دراز مدت، ابزار ذخیره سازی را در معرض حرارت بالا قرار می دهند. علت قرار دادنDNA  در محفظه ای از جنس سیلیکا نیز همین مسأله است.

در این تحقیق، دانشمندان DNA را به مدت یک ماه در معرض دمای 60 تا 70 درجه سلیسیوس قرار دادند تا تغییر دمایی را که احتمال می رود در طول هزاران سال رخ دهد شبیه سازی کنند.

با در اختیار داشتن فناوری های کنونی، میزان خطایی که در حین نوشتن و خواندن اطلاعات از روی DNA رخ می دهد بسیار بالا خواهد بود. اما بیت های اضافه ای که در کنار اطلاعات اصلی نوشته شده بودند کارایی خود را همینجا نشان می دهند.

آنطور که دکتر گرس می گوید: «ما DNA را در شرایط شبیه سازی شده ای 10 هزار ساله با دمای 4 درجه سلسیوس نگهداری کردیم که براساس نتایج، 80 درصد رشته های متوالی حداقل دارای یک خطا بوده و حدود 8 درصد از کل توالی ها نیز به طور کامل از دست رفتند، با این همه باز هم موفق شدیم که داده ها را بدون هیچگونه خطایی رمزگشایی کنیم.»

براساس نتایج بدست آمده از این تحقیق، حتی اگر داده ها در دماهای پایینی چون 18- درجه سلسیوس نگهداری شوند، باز هم بیشتر از میلیون ها سال دوام می آوردند.

اگرچه هزینه این کار در حال حاضر به اندازه ای است که نمی توان به طور معمول آن را پیاده سازی کرد، اما پیشرفت های اخیر در زمینه متوالی سازی DNA، هزینه خواندن اطلاعات با استفاده از این روش را کاهش داده و هم اکنون نیز تحقیقات بیشتری برای پایین آوردن هزینه ذخیره سازی اطلاعات روی مواد ژنتیکی در حال انجام است.

دکتر گرس می افزاید: «ما اکنون به دنبال کاهش هزینه ذخیره اطلاعات روی DNA (این رقم در حال حاضر500 دلار آمریکا برای هر مگابایت است) و یافتن نخستین مصارف تجاری برای دخیره سازی اطلاعات ارزشمند روی این ابزارها هستیم.» این گروه همچنین در حال جمع آوری اطلاعات بیشتر در رابطه با مقاومت حرارتی است تا درک بالاتری در مورد نحوه فرسایش شیمیایی DNA پیدا کرده و راهکاری مناسب برای جلوگیری از این مسأله بیابند.

مطالب مرتبط

کشف بیش از 300 ویروس بزرگ با قابلیت های عجیب

محققان چندین ویروس عجیب از نقاط مختلف دنیا کشف کردند. آنها باکتریوفاژ (فاژ) یا همان ویروس هایی را کشف کرده اند که به باکتری ها حمله کرده و آنها را از بین می برند. این جانداران بسیار کوچک از نظر ابعاد، بسیار بزرگ تر از ویروس های معمولی بوده و توانایی ها پیچیده ای دارند... ادامه مطلب

کشف گونه جدید کوسه راه رونده در اندونزی [تماشا کنید]

محققان چهار گونه کوسه جدید کشف کرده اند که به کمک باله های خود در کف دریا «راه» می روند. این شیوه حرکتی در کوسه ها بسیار نادر بوده و برتری بزرگی به این جاندار برای شکار طعمه های کوچک می دهد.محققان این گونه های خارق العاده را در آب های استوایی مجمع الجزایر هند-استرالیا... ادامه مطلب

محاسبه جذر اعداد با کامپیوتر ساخته شده از DNA

دانشمندان با استفاده از سیستم شبه رایانه‌ای ساخته شده از DNA مهندسی شده، موفق به انجام محاسبات ریاضی شدند.زیست شناسان از اوایل سال ۱۹۹۴ استفاده از مواد ژنتیکی برای انجام محاسبات را پیشنهاد کرده اند. از آن زمان راه هایی برای ذخیره داده در DNA و دستکاری آنها با منطق شبیه به 0 و 1 دنیای کامپیوتر... ادامه مطلب

قدیمی‌ترین عقرب جهان ۴۳۷ میلیون سال قبل به خشکی پا گذاشته است

محققین با بررسی تعدادی فسیل که ۳۵ سال پیش پیدا شده بود، توانسته‌اند قدیمی‌ترین عقرب شناخته شده تاکنون را شناسایی کنند. بر اساس نتایج این تحقیقات، این عقرب که عقرب شکارچی مادر نیز نام دارد، جزو اولین جانورانی بوده که زندگی در خشکی را حدود ۴۳۷ میلیون سال پیش آغاز کرده است.عقرب شکارچی مادر حدود... ادامه مطلب

شناسایی هویت خون آشام مرموز آمریکایی پس از 200 سال

دهه 90 میلادی، کودکان حین بازی در نزدیکی قبرستانی بی نام و نشان مربوط به قرن نوزدهم میلادی در شهر گریزولد ایالت کنتیکت (Griswold, Connecticut)، چندین جمجمه پیدا کردند که از زمین بیرون زده بودند. باستان شناسان با حفاری های بیشتر 27 گور پیدا کردند که یکی از آنها متعلق به مرد میانسالی بود که... ادامه مطلب

از رویای نوبل تا پشت میله‌ها؛ دانشمند ژنتیک چینی به ۳ سال زندان محکوم شد

دادگاهی در چین دانشمندی را که مدعی اصلاح ژنتیکی دو نوزاد شده بود، به جرم اقدامات پزشکی غیرقانونی به سه سال زندان و پرداخت جریمه ای هنگفت محکوم کرد.سال گذشته محقق چینی به نام Jiankui He مدعی شد که از طریق روش کریسپر، DNA دو نوزاد را به گونه ای اصلاح کرده که آنها را در برابر... ادامه مطلب

ویجیاتو

نظرات ۱۲

وارد شوید

برای گفتگو با کاربران، وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود

رمزتان را گم کرده‌اید؟