微软再玩黑科技，你的DNA能存多少高清大片？

尽管数据存储技术近几十年内发生了翻天覆地的变化，但这种进步的速度，还是赶不上当今互联网时代的数据产生速度，您有没有觉得智能手机的空间老不够用？曾经有人预测，到2020年，全世界所有数据的总量将达到4.4×10¹³GB，如果全用平板电脑存储，摞起来的高度，可以从地球到月球六趟还多（http://www.emc.com/infographics/digital-universe-2014.htm ）。

图片来源：EMC²

我们都知道DNA保存着物种的遗传信息，因此也可以看作是一种特殊的数据载体。实际上，DNA也是一种相当高效的数据载体，所能存储的信息密度比现有的数据存储技术高好几百万倍，无论是磁存储技术还是光存储技术；而且DNA分子的稳定性也比现有存储载体高得多。那么，能否用DNA这种遗传信息载体来存储电子邮件、宝宝照片、高清视频呢？

答案当然是“可以”。最近，微软（Microsoft）的工程师Karin Strauss和美国华盛顿大学的科学家Georg Seelig、Luis Ceze等人成功实现了用DNA存取数码图片。他们用无损的方式将数码图片编码成DNA的碱基序列存储在DNA中，并且随后还可以完整地读取这些信息，重新生成数码图片。他们的研究论文公布在4月美国亚特兰大的一个国际会议（ACM International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems）上。

文中所存储和读取的数码图片。图片来源：University of Washington

该团队首先开发了一个全新的方法，将数码图片背后的大串1和0数据转换成DNA的四个基本碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。“你怎么将1和0变成A、T、G、C真的很重要，因为如果你使用一个聪明的做法，你可以把它排列得非常密集，并且不会出太多错误，” Seelig解释说，“如果你做得不对，就会产生很多错误。”幸运的是，科学家们找到了办法，他们将数码图片的数据分割成许多小段，转换成DNA信息后，通过合成大量的DNA分子而存储起来。

更具挑战性的是后续的读取信息步骤，这时不能有任何错误，否则信息就不完整。他们的策略是在上一步的合成过程中给DNA加入类似邮政编码或地址的信息，读取时，通过搜索这些“邮政编码”信息来确定该DNA分子是否是目标DNA分子。再通过DNA测序技术，确定目标DNA分子的碱基序列，再解码成大串的1和0数据，最终重新生成数码图片。

DNA存储和读取数据的原理示意图。图片来源：University of Washington

如果这一方法能被实际运用，那么就意味着百度、腾讯和阿里巴巴这样的公司正在使用的大型数据中心的谢幕。研究人员通过计算估计，如今需要一栋楼大小的数据中心才能存储的文件，仅仅方糖大小的DNA材料就能够全部容纳。

试管底部的一点点DNA就可以存储10 TB的数据（相当于600多部智能手机的容量）。图片来源：University of Washington

但是，这种方法目前也面临不少问题。首先，成本高，需要昂贵的实验室设备；其次，数据存取速度慢，合成DNA分子以及DNA分子测序，都需要不少时间。这意味着这一技术可能更适合大量数据的存档，而不是日常所需的快速存储和读取。

不管怎样，这种技术为人类利用生物材料改造数据存储设备提供了崭新的思路，也许以后我们的每一个细胞都可以作为大容量的“硬盘”，可以完整地存放所有高清视频、高清照片而不用再担心存储空间不够了。

1. http://www.washington.edu/news/2016/04/07/uw-team-stores-digital-images-in-dna-and-retrieves-them-perfectly/

2. https://homes.cs.washington.edu/~luisceze/publications/dnastorage-asplos16.pdf