تخزين البيانات في الحمض النووي أقرب مما نتصور

بحلول العام القادم يتوقع أن يصل استهلاك كل شخص حول العالم إلى نحو 2 ميغابايت في الثانية

تتسابق الشركات على تكنولوجيا قراءة مليارات التسلسلات في الحمض النووي (ويكيبيديا)

وفقاً لدراسة أخيرة أجرتها شركة "دومو" لبرمجيات الكومبيوتر، فإن ثلاثة ملايين و 880 ألف عملية بحث تمت في كل دقيقة مرت خلال 2018، وشاهد الناس في كل دقيقة 4 ملايين و330 ألف فيديو على "يوتيوب"، كما أرسلوا أكثر من 159 مليون رسالة إلكترونية "إيميل" ، وغردوا 473 ألف مرة على "تويتر" وأضافوا 49 ألف صورة على "إنستغرام".

وبحلول العام القادم 2020 والأعوام التالية، فإن حجم البيانات والمعلومات التي يستهلكها العالم سوف يتزايد بشكل مخيف، حيث يتوقع أن يصل استهلاك كل شخص حول العالم إلى نحو 2 ميغابايت في الثانية الواحدة، وهذا يعني 418 زيتابايت خلال العام (1 زيتا = ألف مليار غيغا بايت)، مما يحتاج إلى وحدات تتسع لـ 418 مليار تيرا بايت.

وسائط تخزين المعلومات لا تصلح للمستقبل

 ولهذا يرى باحثون أن الوسائط المغناطيسية والبصرية المستخدمة حالياً حول العالم لتخزين المعلومات، لا يمكن أن تستمر أكثر من عقود قليلة قادمة، فضلا عن أن مراكز حفظ المعلومات والبيانات الحالية تستهلك كميات هائلة من الطاقة، وبالتالي سوف تتصاعد مشكلة تخزين المعلومات مع مرور الوقت.

 ولحل هذه المشكلة، اكتشف العلماء قبل سنوات قليلة وسيلة أفضل تتمثل في تكنولوجيا تخزين المعلومات، والبيانات في الحمض النووي المعروف اختصارا باسم "دي إن إيه" والذي يخزّن الصفات الوراثية في كل خلية، حيث ستصبح هذه الوسيلة مستقبلاً مخزن المعلومات الجديد باعتبار أن حقل الحمض النووي هو الوسيلة التي تخزّن بها الكائنات المعلومات الوراثية وتحتفظ بها على مر مئات السنين.

مزايا التخزين في الحمض النووي

ومن أبرز سمات الحمض النووي قدرته على حفظ كميات هائلة جدا من المعلومات واسترجاعها بسهولة، فضلا عن ميزة الاستقرار والثبات التي تتمتع بها لآلاف السنين مثلما تبقى البيانات المخزنة في جينوم الأحصنة المتحجرة لـ 500 ألف عام من دون أن تتغير، بل إن تخزينها في درجة حرارة تحت الصفر يحافظ عليها ثابتة من دون تغيير لملايين السنين. 

ويشير العلماء إلى المزايا الهائلة والقدرات التخزينية غير المسبوقة في الحمض النووي، حيث يمكن تخزين معلومات تصل إلى 12 تريليون غيغابايت في سنتيمتر مكعب واحد من الحمض النووي "دي إن إيه" وفقا لحسابات فريق عمل في جامعة "هارفارد"، وهذا يعني أن متراً مكعباً واحداً من الحمض النووي يكفي لتخزين كل ما يحتاجه العالم من معلومات في عام واحد، فضلاً عن أن تخزين المعلومات وحفظها بهذه الطريقة لا يتطلب طاقة كبيرة.

تجارب ناجحة

ولا يعد هذا أمراً نظرياً، ففي عام 2017 تبنت مجموعة في جامعة "هارفارد" الأميركية تسجيل عدة صور لليد البشرية على جينوم بكتيرية، وتبين من الاختبار القدرة على استرجاع الصور وقراءتها بكفاءة أفضل بنسبة 90% عن وسائط التخزين الأليكترونية.

وتشير تقارير موقع "نيو ساينتست" إلى أن البيانات المخزنة في الحمض النووي التي وضعت خلال التجارب في حرارة تتراوح بين 60 – 70 درجة مئوية، ظلت محفوظة وقابلة للاسترجاع والقراءة بشكل جيد بلا أخطاء، ويمكن أن تبقى هكذا نحو 2000 عام إذا حُفظت في درجة حرارة 10درجات مئوية، أما إذا حٌفظت في درجة حرارة -18 تحت الصفر فسوف تظل البيانات محفوظة لمدة مليوني سنة.

كيفية تخزين المعلومات في الحمض النووي

يعتمد النظام الرقمي في أجهزة الكومبيوتر على ما يعرف بالثنائي المٌكون من رقمين إثنين فقط هما الصفر والواحد، في حين يعتمد الحمض النووي على نظام ترقيم رباعي مكون من 4 قواعد بروتينية يُرمز إليها بالرموز "إيه ، سي ، تي ، جي" ، وهناك أكثر من طريقة للتشفير، الأولى هي أن ترمُز القاعدتان "إيه و سي" لرقم صفر، والقاعدتان "تي و جي" للرقم واحد. وبذلك يصبح الحمض النووي في صورة من أصفار ووحدات كأي ملف رقمي عادي.

سباق نحو المستقبل

وتتسابق شركات عديدة الآن مثل ميكروسوفت، وتويست، وبيو ساينس لتطوير هذه التكنولوجيا بطرق مختلفة، ما يسمح بقراءة مليارات التسلسلات الموجودة في الحمض النووي بسهولة وفي وقت متزامن، وتستخدم تكنولوجيا شرائط الترميز المشفرة في الاسراع من مسار البحوث في حقول علمية مثل الهندسة الكيميائية والنانو تكنولوجي وعلوم المادة.

وفي معهد جورجيا التكنولوجي على سبيل المثال، تجرى أبحاث في هذا الإطار تهدف إلى التعرف على علاجات أكثر أمنا للجينات.

تحديات مرحلية

تتمثل أبرز التحديات الحالية التي تعوق التوسع في تخزين المعلومات في الحمض النووي في التكاليف المرتفعة وسرعة الكتابة والقراءة، والتي تحتاج إلى أن تنخفض كثيرا، كي تنافس بقوة طرق التخزين التقليدية بالوسائط الإلكترونية.

وبالرغم من أن عملية حفظ البيانات في الحمض النووي لحفريات على سبيل المثال، تعد عملية مكلفة تتجاوز ألف دولار لكل ميغابايت من البيانات، إلا أن العلماء والباحثين يتوقعون انخفاض التكلفة تدريجاً مع تطور طرق وأدوات التشفير والقراءة واستعادة البيانات من الحمض النووي، وهو ما نجحت فيه شركة "مايكروسوفت" مؤخرا بأن أدخلت نظاماً أوتوماتيكياً يقوم بالتشفير والقراءة واستعادة البيانات من دون أي تدخل من قِبل البشر وهو ما يعد نقلة نوعية.

المزيد من جديد العلم