خانه / مقالات / فناوری اطلاعات / DNA، یک فضای ذخیره سازی همیشگی برای بشر

DNA، یک فضای ذخیره سازی همیشگی برای بشر

در دوران فضا های ذخیره سازی اَبری و حساب های کاربری قابل بازیابی، شنیدن کلمه ی “از دست دادن” اطلاعات، عجیب به نظر می رسد. در حقیقت اتحادیه ی اُروپا، با تصویب قانون حق فراموش شدن (که بنا بر آن، کسانی که از اینترنت استفاده می‌کنند می‌توانند بخواهند اطلاعاتشان حذف شود)، شرکت ها را مجبور کرد که امکان از بین بردن یا پاک کردن همیشگی اطلاعات را فراهم کنند. امروزه و با وجود گستردگی تولید اطلاعات و در دسترس بودن آنلاین آن ها، آیا می توان بر اجرای این قانون سماجت کرد؟
در مورد Tweet ها، به دلیل نیاز به فضای ذخیره سازی بسیار بزرگ برای انجام جستجو، امکان دسترسی به جستجو های انجام شده تنها برای چند هفته وجود دارد. از سوی دیگر، دنیای اینترنت دیگر تحمل حجم گسترده ی ویدئو هایی که توسط کاربران تولید می شوند را ندارد. پرسش اساسی این است که آیا پیشرفت رسانه های ذخیره سازی به اندازه ای سرعت دارد که فضای کافی برای ذخیره ی صفر و یک های تولید شده ی بشر را در اختیار ما قرار دهد؟
البته شاید نیازی به پیشرفت سریع رسانه های ذخیره سازی نباشد چرا که تکامل DNA به جایی رسیده که آن را به یک فضای ذخیره سازی بی نظیر و بی نقص تبدیل کند. فشردگی فیزیکی و پایداری شگفت انگیز، دو ویژگی بی نظیر DNA می باشند که به ما اجازه میدهد از آن به عنوان یک هارد دیسک استفاده کنیم. اگر چه DNA، که هارد درایو طبیعت به حساب می آید، از هر نظر کامل نیست اما ویژگی های خنک کنندگی آن، از پیشرفته ترین فناوری هایی که امروزه در دنیا وجود دارد، پیشرفته تر هستند. با وجود پیشرفت های جدید، می توان از قابلیت های DNA در فضا های ذخیره سازی استفاده کرد. استفاده از حافظه ی مولکولی در آمیزه ای از فناوری های گوناگون، به بشریت این اجاره را خواهد داد که دانش را در جایی خارج از مغز ذخیره کنند. نکته ی مهم و اساسی این است که این موضوع تنها یک نظریه نبوده و امکان عملی کردن آن نیز وجود دارد.

بُحران اطلاعات
در صورت استفاده از این فناوری، همیشه در پایان روز با یک مشکل جذاب روبرو می شویم: وارد شدن از اینترنت به توالی ژنومیک (علم تجزیه و تحلیل داده‌ها و اطلاعات ژنتیکی مخصوص ژنوم موجودات زنده)، که بسیاری از مردم مُشتاق خواهند بود تا از ویژگی های جدید و شگفت انگیز آن استفاده کنند. در چنین شرایطی ممکن است دیگر تمایلی به استفاده از فضا های ذخیره سازی اَبری در میان کاربران وجود نداشته و آن ها ترجیح بدهند که اطلاعات خود را بر روی اینترنت، که به هر حال می تواند در خطر پاک شدن یا فاش شدن باشد، قرار ندهند. اگر اطلاعات ما به اندازه ای زیاد باشد که امکان پشتیبان گیری کامل و در دوره های زمانی مشخص را نداشته باشیم، هر لحظه ممکن است با خراب شدن یک هارد دیسک، مقدار زیادی از اطلاعاتمان را از دست بدهیم.
همه ی ما می دانیم که با وجود تمام دانسته ها و دانشی که امروز در اختیار داریم، که شامل محدوده ی گسترده ای از انرژی هسته ای تا سیاه چاله ها و مهندسی ژنتیک می باشند، هنوز نمی دانیم و هیچ وقت هم نخواهیم فهمید که چه چیز هایی را در آتش سوزی کتابخانه ی اسکندریه (یکی از مهم ترین کتاب خانه های دوران باستان) از دست داده ایم. هیچ کسی نمی تواند اندیشه های مردم باستان را باز آفرینی کرده یا اطلاعات نوشته شده در اسناد و کتاب های این کتابخانه را بعد از خاکستر شدن آن ها در اختیار ما قرار دهد. شاید امروزه، اطلاعات و دانش مردم باستان در مقایسه با پیشرفت های جدید، کم اهمیت به نظر برسند اما اگر یک tweet با توجه به قانون حق فراموش شدن پاک شده و هرگز قابل بازیابی نباشد، برای شما اهمیتی نخواهد داشت؟
کتابخانه ی ملی کُنگره ی آمریکا (بازوی تحقیقاتی کنگره ی ایالات متحده، قدیمی‌ترین موسسه ی فرهنگی دولت فدرال آمریکا و بزرگ‌ترین کتاب خانه ی جهان)، چند سال پیش تلاش کرد که بایگانی کامل پُست های Tweeter را مدیریت کند اما در حدود پانصد میلیارد پیام موجب شد که این پروژه هیچ حرکت رو به جلویی نداشته باشد. مدیران YouTube ادعا می کنند که در هر دقیقه، ۴۰۰ ساعت ویدئوی جدید بر روی پایگاه ویدئویی آن ها قرار داده می شود و اگر این آمار درست باشد، متوجه می شویم که چرا گوگل نمی تواند چنین تجارت موفقی را با سود آوری نسبی همراه کُند. با توجه به فناوری های پوشیدنی موجود در بازار که تمام اطلاعات شخصی افراد را نیز ثبت می کنند، این رَوَند رو به رُشد تولید داده ها، با سرعت بیشتری به حرکت خود ادامه می دهد.

نسل آینده ی فضا های ذخیره سازی اطلاعات
در ماه مارچ سال ۲۰۱۳ میلادی، مقاله ای در PC Magazine (یک مجله ی رایانه‌ ای که به موضوعاتی مانند بررسی سخت‌افزار و نرم‌افزار رایانه و موضوعات فناوری اطلاعات می‌پردازد) به چاپ رسید و اطلاعات بی نظیری در مورد دانش DNA را در اختیار خوانندگانش قرار داد. بر اساس این مقاله، محققان دانشگاه هاروارد توانسته بودند ۷۰۰ ترابایت اطلاعات را تنها بر روی یک گِرَم ماده ذخیره کنند. این موفقیت، اثباتی بر امکان استفاده از ویژگی های ژنتیکی علم زیست شناسی در فناوری های کامپیوتری و به خصوص ذخیره سازی اطلاعات بود. همان طور که انتظار می رفت، مهم ترین واکنش به این خبر، اشتیاق بیش از اندازه ی مردم دنیا، کاربران اینترنت و متخصصان دنیای کامپیوتر بود. در چنین شرایطی و با مشخص شدن امکان استفاده از این فناوری جدید در ذخیره سازی طولانی مدت اطلاعات، فرآیند تجاری سازی آن سریع تر از آن چه تصور می شد پیش خواهد رفت.
اساسی ترین موضوع در این فناوری، قابلیت ذخیره سازی حجم زیادی از اطلاعات در یک فضای فیزیکی بسیار کوچک بوده و در زمانی که ما در آن زندگی می کنیم، ویزگی ها و قابلیت های این فناوری، در مقایسه با دیگر روش های ذخیره سازی اطلاعات، بی نظیر و غیر قابل تصور است.
نخستین نکته در مورد این فضای ذخیره سازی جدید، توانایی بسیار زیاد آن در ذخیره سازی اطلاعات است. اگر چه ذخیره ۷۰۰ ترا بایت اطلاعات بر روی یک گرم ماده شگفت انگیز است اما برای یک اسید نوکلئیک (nucleic acid) چندان زیاد نیست. در نظریه (تئوری)، یک گرم DNA می تواند تا ۴۵۵ اِگزا بایت (هر اِگزا بایت برابر با یک میلیون تِرا بایت است) اطلاعات را ذخیره کند. جالب است بدانید که تمام اطلاعات موجود در دنیا، با فاصله ی زیاد، کمتر از این عدد است! اگر با در نظر گرفتن قابل بهره وری نبودن تمام ظرفیت DNA و لزوم نگه داشتن نسخه های رونشت (پشتیبان)، تنها به یک درصد از این توانایی نظریه ای (تئوریک) نیز دست پیدا کنیم، به این معنی خواهد بود که می توانیم ۴٫۵ اِگزا بایت (۴ میلیون و پانصد هزار ترا بایت) اطلاعات را بر روی تنها یک گرم ماده ذخیره کنیم.
ویژگی قابل توجه دیگر، طول عمر بسیار زیاد DNA است. این موضوع بر خلاف شنیده های ما در خصوص شکننده بودن DNA و دشواری هایی است که دانشمندان علم ژنتیک به دلیل این شکنندگی در زمان کار با آن دارند. باید توجه داشته باشیم که مقاومت DNA زیاد نیست و به همین دلیل باید در شرایط مناسب نگهداری شود اما پایداری آن قابل توجه بوده و در صورت نگهداری شدن در شرایط قابل قبول، می تواند برای میلیون ها سال سالم بماند. استخوان های سنگواره (فُسیل) شده توانسته اند نمونه ها را برای ده ها و صد ها هزار سال سالم نگه دارند و به همین دلیل، دانشمندان بر روی شیشه های با کیفیت بالا و لامپ های گَرمایونی (لامپ خلاء یا تیوب الکترون، وسیله ای برای تقویت یا کاهش جریان الکتریکی) که می توانند شرایط مشابهی را در اختیارشان قرار دهند، کار می کنند.
البته به دلیل لُزوم استفاده از سیستم های خودکار شده برای درست کردن یک مولکول مناسب و قابل بهره برداری DNA از یک کُد دیجیتال در کنار روش (تکنیک) های تکرار عملکردی (خروجی) که می توانند هزاران رونوشت را در تنها یک یا دو ساعت ایجاد کنند، ساختن و جایگزینی داده های DNA چندان هم آسان نخواهد بود. اگر چه تکامل تدریجی زیست شناختی، مبنای این فضای ذخیره سازی جدید است اما دانشمندانی که در این شاخه از علم کامپیوتر کار می کنند، برای استفاده از DNA به عنوان یک هارد دیسک، باید از روش های مخصوص و جدیدی برای ذخیره سازی اطلاعات استفاده کنند.
اشکال های استفاده از DNA
تردیدی وجود ندارد که ویژگی ها و قابلیت های بی نظیری در DNA وجود دارد اما استفاده از آن به عنوان یک فضای ذخیره سازی، بی نقص نخواهد بود. درست است که می توان از DNA به عنوان یک کتابخانه ی ذخیره سازی بلند مدت اطلاعات استفاده کرد اما به عنوان یک بایگانی کُنشی و واکُنشی (interactive) برای دسترسی مداوم و سریع به اطلاعات، مناسب نیست. در مورد پیام های Twitter، ذخیره سازی اطلاعات در DNA می تواند ما را از فاجعه ای مانند آن چه در کتاب خانه ی اسکندریه اتفاق افتاد نجات دهد اما نمی تواند یک بایگانی قابل جستجو از تمامی اطلاعات را در اختیار ما قرار دهد. در کنار کُند شدن فرآیند ترتیب گُذاری (ترتیب دِهی) برای کاربران جدید، فرآیند خواندن DNA نیز خطرات کوچکی برای خود مولکول داشته و به همین دلیل، در امنیت کامل نگه داشتن داده ها، اساسی ترین موضوع در به کار گیری این فناوری پیشرفته است. به همین دلیل است که بسیاری از افراد اعتقاد دارند که باید به DNA به عنوان یک کپسول زمان (محفظه ای که در آن چیز هایی قرار داده می ‌شود تا در آینده از آن ها برای ارتباط با آیندگان استفاده شود) نگاه کرد.
همچنین، نکته ای که به تازگی به آن توجه شده این است که استفاده از ساختمان DNA برای ذخیره سازی اطلاعات، یک اختراع بشر نبوده و ممکن است نوعی دست کاری یا اختلال در ساختار کلی DNA باشد. حجم گسترده و غیر قابل تصوری از داده های DNA در جهان زیست شناختی وجود دارد که تولید اطلاعات بشر در مقابل آن قابل توجه نیست اما با سرعتی که انسان ها در حال تولید اطلاعات و داده ها هستند، می توان انتظار داشت که DNA به عنوان فضای ذخیره سازی اصلی نسلِ بشر به کار گرفته شود. تردیدی وجود ندارد که همه ی ما (و به خصوص YouTube) مشتاق هستیم تا ببینیم که پیشرفت های زیست پزشکی و علوم پایه چگونه می توانند به ما در زمینه ی ذخیره سازی مداوم و قابل جستجوی اطلاعات کمک کنند.
درست است که DNA فضای کافی برای ذخیره سازی طلاعات تولید شده توسط بشر در آینده ی نزدیک و همچنین آینده ی میان مدت را دارد اما باید توجه داشته باشیم که ذخیره سازی، تنها موضوع مورد علاقه ی ما درباره ی اطلاعات نیست. در حقیقت، این امکان وجود دارد که بتوانیم به زودی از DNA به عنوان یک فضای ذخیره سازی اطلاعات استفاده کنیم اما اجرا کردن سیستم عامل بر روی حافظه ی DNA، رویایی است که در آینده ای نزدیک به حقیقت نخواهد پیوست.
آینده ی فناوری ذخیره سازی اطلاعات
به احتمال زیاد، فناوری ذخیره سازی اطلاعات در آینده به دو گروه مختلف دسته بندی می شود: ذخیره سازی بلند مدت اطلاعات با دسترسی پایین و ذخیره سازی کوتاه مدت اطلاعات با دسترسی آسان، امکان جستجوی سریع و سرعت عملکردی قابل قبول که البته دوام و پایداری دسته ی دیگر را نخواهد داشت. با این وجود، اطمینان ما به ترانزیستور های سیلیکونی در مقابل دوام و پایداری مواد شیمیایی، برای نسل های آینده، عجیب به نظر می رسد.

ساختار کروموزوم چگالیده و کروماتین
منافذ (حُفره های) هسته ای
فیبر کروماتین سلونوئید
تلومر (پایانه فیزیکی کروموزم ‌های خطی)
نوکلئوزوم ها )واحد ساختمانی کروماتین(

مارپیچ (حلزونی) DNA

هیستون ها (پروتئین‌های موجود در هسته سلول‌های یوکاریوت(

میان ‌پار یا سانترومر )بخش فشرده شفاف کروموزوم(

بازو

کروموزوم چگالیده

کروماتین
DNA به طور شگفت انگیزی می تواند حجم زیادی از اطلاعات را در یک فضای فیزیکی بسیار کوچک ذخیره کند

می توان از DNA به عنوان یک کتابخانه ی ذخیره سازی بلند مدت اطلاعات استفاده کرد اما به عنوان یک بایگانی اطلاعات قابل دسترسی مداوم و سریع، مناسب نخواهد بود.

دیدگاهتان را ثبت کنید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شدعلامتدارها لازمند *

*

x

شاید بپسندید

خودکارسازی کارهای دانشی

نقطه تلاقی پیشرفت‌ها با سرعت کامپیوتر‌ی، یادگیری ماشین و رابط‌های طبیعی کاربر ...