Cum putem stoca informații digitale în ADN

De la dischete la unități de redare, fiecare metodă de stocare a datelor devine învechită. Cum ar fi dacă am putea găsi o modalitate de a stoca toate informațiile digitale ale lumii pentru totdeauna? Bioinformaticiana Dina Zielinski ne împărtășește știința din spatele unei soluții care există de câteva miliarde de ani: ADN-ul.

Aș putea pune toate filmele
făcute vreodată în acest recipient.

Dacă nu îl puteți vedea,
cam asta e ideea.

(Râsete)

Înainte să înțelegem
cum este posibil acest lucru,

este important să înțelegem
valoarea acestei performanțe.

Toate gândurile și acțiunile noastre
din aceste zile,

prin fotografii și videoclipuri -

până și activitățile noastre de fitness

sunt stocate ca date digitale.

Pe lângă a rămâne fără spațiu

pe telefoanele noastre,

rareori ne gândim
la amprenta noastră digitală.

Dar omenirea a generat colectiv
mai multă informație în ultimii ani

decât în intreaga sa istorie.

Volumul mare de date
a devenit o mare problemă.

Spațiul de stocare digital
este foarte scump

și niciunul dintre dispozitive noastre
nu poate să treacă testul timpului.

Există un website non-profit
numit Internet Archive.

Pe lângă cărți și filme gratuite,

acolo puteți accesa
pagini web vechi din 1996.

Acest lucru este foarte tentant,

dar eu am decis să mă uit la începutul
foarte umil al website-ului TED.

După cum vedeți, acesta s-a schimbat
destul de mult în ultimii 30 de ani.

Această incursiune
m-a dus la primul discurs TED,

în anul 1984,

și s-a întâmplat să fie
un director al firmei Sony

care explica felul cum funcționează
un disc compact.

(Râsete)

Este cu adevărat incredibil
să poți să te întorci în timp

și să accesezi acest moment.

Este de asemenea fascinant
că la 30 de ani de la primul discurs TED

încă vorbim despre stocarea digitală.

Dacă privim înapoi încă 30 de ani,

IBM lansa pe atunci primul hard disk

în anul 1956.

Aici e încărcat pentru transport
în fața unui mic auditoriu.

Conținea echivalentul unei melodii MP3

și cântărea peste o tonă.

La 10.000 de dolari megabyte-ul,

Nu cred că cineva din această sală
ar fi interesat să-l cumpere

decât, poate, ca obiect de colecție.

Dar era maximum ce puteam face
la vremea respectivă.

Am parcurs un drum atât de lung
în stocarea datelor.

Dispozitivele au evoluat dramatic.

Dar toate mijloacele de stocare,
până la urmă, se distrug sau se învechesc.

Dacă cineva ți-ar înmâna astăzi o dischetă
pentru a-ți salva prezentarea,

probabil că te-ai uita la ea
un pic ciudat, poate ai râde,

dar n-ai avea cum să o folosești.

Aceste dispozitive nu mai pot suporta
nevoile noastre de stocare,

dar unele dintre ele
pot fi reutilizate cu un alt scop.

Toată tehnologia moare sau se pierde,

împreună cu informațiile noastre,

cu toate amintirile noastre.

Există această iluzie
că problema de stocare a fost rezolvată,

dar, de fapt, noi doar o externalizăm.

Nu ne îngrijorează stocarea
e-mailurilor și a fotografiilor noastre.

Acestea sunt stocate în cloud.

Dar în culise,
stocarea este problematică.

La urma urmei, cloud-ul
este doar o mulțime de hard disk-uri.

Majoritatea datelor digitale,
am putea spune, nu este critică.

Cu siguranță, am putea să le ștergem.

Dar cum putem ști astăzi
ce este cu adevărat important?

Am învățat multe despre istoria omenirii

din desenele și scrierile din peșteri,

din tăblițele de piatră.

Am descifrat limbi din Piatra Rosetta.

Cu toate acestea, nu vom avea niciodată
cu adevărat întreaga poveste.

Datele noastre sunt povestea noastră,

mai ales în ziua de astăzi.

Nu vom avea informația generată de noi
încrustată în tăblițe de piatră.

Dar nu trebuie să alegem
ce este important acum.

Există o modalitate de a stoca totul.

Se pare că există o soluție disponibilă

de câteva miliarde de ani,

și ea se află de fapt în acest tub.

ADN-ul este cel mai vechi
instrument de stocare al naturii.

La urma urmei, conține
toate informațiile necesare

pentru a construi
și întreține o ființă umană.

Dar de ce e ADN-ul atât de special?

Haideți să vorbim despre genomul nostru

ca exemplu.

Dacă ar fi să tipărim
toate cele trei miliarde A, T, C și G-uri,

folosind un font și format standard,

și ulterior am pune
toate acele hârtii una peste cealaltă,

am avea un teanc
de aproape 130 metri înălțime,

clasându-se între Statuia Libertății
și Monumentul lui Washington.

Dar dacă am converti
toate A, T, C și G-urile

în date digitale, în zero și unu,

ar totaliza câțiva gigabiți.

Aceștia sunt în fiecare celulă
din corpul nostru.

Avem peste 30 de trilioane de celule.

Ați prins ideea?

ADN-ul poate stoca o tonă de informații
într-un spațiu minuscul.

ADN-ul este și foarte durabil,

și nici măcar nu necesită
electricitate pentru a-l depozita.

Știm asta pentru că oamenii de știință
au recuperat ADN de la oamenii antici

care au trăit
cu sute de mii de ani în urmă.

Unul dintre aceștia
este Ötzi Omul-de-Gheață.

S-a dovedit că este austriac.

(Râsete)

A fost găsit bine conservat,

în munțiii dintre Italia și Austria,

și s-a dovedit că are rude genetice
ce trăiesc astăzi aici, în Austria.

Deci unul dintre voi
ar putea fi verișor cu Ötzi.

(Râsete)

Ideea e că avem șanse mai bune
să recuperăm informații

de la oamenii preistorici,

decât de la un telefon vechi.

Este, de asemenea, mult mai puțin probabil
că vom pierde abilitatea de a citi ADN-ul

decât orice dispozitiv manufacturat.

Orice format nou de stocare
necesită un mod nou de a-l citi,

dar vom putea întotdeauna să citim ADN-ul.

Dacă nu mai putem ordona ADN-ul,
avem probleme mai mari

decât să ne îngrijorăm
pentru datele stocate.

Stocarea datelor pe ADN nu este ceva nou.

Natura o face de câteva miliarde de ani.

De fapt, fiecare organism viu
este un dispozitiv de stocare a ADN-ului.

Dar oare cum stocăm datele pe ADN?

Aceasta este Fotografia 51.

Este prima poză a ADN-ului,

făcută cu 60 de ani în urmă.

Asta se întâmpla în aceeași perioadă
în care IBM lansa hard disk-ul menționat.

Așadar, înțelegerea stocării digitale
și cea a ADN-ului au evoluat împreună.

Mai întâi am învățat cum să ordonăm,
sau să citim, ADN-ul,

imediat după aceea, cum să-l scriem,

sau să-l sintetizăm.

Acest lucru seamănă foarte mult
cu modul în care învățăm o limbă străină.

Acum avem capacitatea
de a citi, scrie și copia ADN-ul.

O facem în laborator tot timpul.

Așa că orice, chiar orice,
care poate fi stocat ca zero și unu,

poate fi stocat în ADN.

Pentru a stoca ceva digital,
precum această fotografie,

îl convertim în biți sau cifre binare.

Fiecare pixel dintr-o fotografie alb-negru
este pur și simplu un zero sau unu.

Putem scrie pe ADN așa cum o imprimantă
cu cerneală poate tipări o pagină.

Trebuie doar să ne convertim datele,
toate acele zero și unu,

în A, T, C și G-uri,

și apoi trimitem asta
unei companii de sinteză.

Deci îl scriem, îl putem depozita,

și când vrem să ne recuperam datele,
doar trebuie să îl ordonăm.

Acum, partea distractivă
este să decidem ce fișiere includem.

Fiind oameni de știință serioși,
a trebuit să includem un manuscris

pentru posteritate.

Am inclus și un card cadou Amazon de $50-

nu vă bucurați prea mult,
deja a fost cheltuit, cineva l-a decodat -

precum și un sistem de operare,

unul dintre primele filme
realizate vreodată

și o placă Pioneer.

E posibil ca unii să fi văzut asta.

Conține schema
unui bărbat și a unei femei,

și locația noastră aproximativă
în Sistemul Solar,

în cazul în care nava spațială Pioneer
ar întâlni vreodată extratereștri.

Deci, odată ce am decis
ce fel de fișiere vrem să codificăm,

ambalăm datele,

convertim toate acele zero și unu
în A, T, C și G-uri,

iar apoi trimitem acest fișier
la o companie de sinteză.

Și asta e ce primim înapoi.

Fișierele noastre sunt în acest tub.

Tot ce trebuie să facem e să le ordonăm.

Totul sună destul de simplu,

dar diferența dintre o idee
foarte interesantă

și ceva ce chiar putem folosi

stă în depășirea provocărilor practice.

În timp ce ADN-ul este mai robust
decât orice dispozitiv artificial,

ADN-ul nu este perfect.

Are câteva vulnerabilități.

Recuperăm mesajul
prin ordonarea ADN-ului,

și de fiecare dată
când datele sunt preluate

pierdem ADN-ul.

Asta e o parte
a procesului de ordonare.

Nu vrem să rămânem fără date,

dar din fericire există o modalitate
de a copia ADN-ul

care e chiar mai ieftină și mai ușoară
decât să îl sintetizăm.

Chiar am copiat fișierele noastre
de 200 de trilioane de ori

și am recuperat
toate datele fără greșeală.

Deci ordonarea introduce, de asemenea,
erori în ADN-ul nostru,

în A, T, C si G-uri.

Natura are un mod de a se ocupa de asta
în celulele noastre.

Dar datele noastre sunt stocate
în ADN sintetic într-un tub,

deci trebuie să găsim propria cale
pentru a trece peste acest obstacol.

Am decis să apelăm la un algoritm
folosit pentru a reda videoclipuri.

Când redai videoclipuri,

de fapt încerci să recuperezi
videoclipul original, fișierul original.

Când încercăm să recuperăm
fișierele noastre originale,

pur și simplu ordonăm ADN-ul.

Dar de fapt, ambele procese constau
în recuperarea șirului de zero și unu

pentru a pune informația cap la cap.

Și așa, datorită strategiei noastre,

putem impacheta toate informațiile noastre

într-un mod care ne permite
să facem milioane și miliarde de exemplare

și totuși să ne recuperăm toate fișierele.

Acesta este filmul pe care l-am codat.

Este unul dintre primele filme
realizate vreodată,

iar acum primul care a fost copiat
de peste 200 de miliarde de ori pe ADN.

Curând după publicarea lucrărilor noastre,

am participat la un forum
„Întreabă-mă orice” pe site-ul Reddit.

Dacă ești un pic tocilar,
ești și tu familiarizat cu acest site.

Majoritatea întrebărilor au fost istețe.

Unele au fost comice.

De exemplu, un utilizator a vrut să știe
când vom lansa un drive portabil cu ADN.

Acum, chestia este

că ADN-ul stochează deja tot ce e necesar
pentru a ne face cine suntem.

Este mult mai sigur
să stochezi informații pe ADN,

în ADN sintetic, într-o eprubetă.

Scrierea și citirea ADN-ului
necesită mult mai mult timp

decât salvarea tuturor fișierelor
pe un hard disk -

pentru moment.

Inițial, ar trebui să ne concentrăm
la stocarea pe termen lung.

Majoritatea datelor sunt efemere.

E foarte greu să înțelegem astăzi
ce este important,

sau ce va fi important
pentru generațiile viitoare.

Dar partea bună e că nu trebuie
să ne hotărâm astăzi.

Există acest minunat program UNESCO
numit „Memoria lumii”.

A fost creat pentru a păstra
materiale istorice

considerate valoaroase pentru omenire.

Articolele ce urmează să facă parte
din colecție sunt nominalizate,

inclusiv acel film pe care noi l-am codat.

Cu toate că e un mod minunat
de păstrare a moștenirii umanității,

nu ar trebui să fie o alegere.

În loc să întrebăm generația actuală,
pe noi,

ce ar putea fi important în viitor,

am putea stoca totul în ADN.

Stocarea nu înseamnă doar câți biți,

ci și cât de bine putem de fapt stoca
și recupera informația.

Întotdeauna a existat acest dezechilibru
între câte date putem genera,

câte putem recupera

și cât de multe putem depozita.

Fiecare avans în scrierea datelor
a necesitat un nou mod de citire.

Nu mai putem citi
mijloace de stocare vechi.

Câți dintre voi mai aveți
măcar o unitate de disc în laptop,

ca să nu mai zic de dischetă?

Asta nu se va întâmpla
niciodată cu ADN-ul.

Cât timp existăm, ADN-ul există

și vom găsi o modalitate de a-l ordona.

Să arhivăm lumea din jurul nostru
face parte din natura umană.

Acesta este progresul pe care l-am făcut
în stocarea digitală în 60 de ani,

într-un moment când eram
doar la începutul descifrării ADN-ului.

În plus, am făcut progrese similare
în jumătate de timp cu ordonarea ADN-ului,

și atâta timp cât noi existăm,
ADN-ul nu va fi niciodată învechit.

Vă mulțumesc!

(Aplauze)