هر موجود زنده‌ای برای تولید‌ مثل و حفظ و نگهداری خود در طول دوران زندگی، مجهز به ابزار و وسایلی است که حافظ و ناقل اطلاعات حیاتی موجودات زنده بوده و نگهداری و بقای نسل آن را ممکن می‌کند. شگفت ‌انگیزترین واقعیت این است که تمام موجودات زنده امروزی با وجود تنوع و کثرت، دارای ویژگی‌های مشخص مشترکی هستند و مهمترین ویژگی مشترک آن‌ها وجود سلول به عنوان واحد ساختمانی موجودات زنده است. همه موجودات زنده از تکثیر و رشد یک سلول به نام سلول تخم به وجود می‌آیند که دارای تمام اطلاعات مربوط به آن موجود زنده است؛ به این معنی که اطلاعات مربوط به تمام سلول‌های بدن موجود و خصوصیات ژنتیکی آن در همین سلول وجود دارند و سلول‌های حاصل از تکثیر سلول تخم، در مراحل خاصی از رشد جنینی به بافت‌های مختلف تمایز می‌یابند. علاوه بر تمام اطلاعات مربوط به عملکرد بافت‌ها و ارگان‌های بدن، خصوصیات ظاهری و ژنتیکی پدر و مادر هم در این سلول وجود دارد و به نسل‌های بعد منتقل می‌شود، اما این اطلاعات چگونه کد گذاری می‌شوند؟ برای دانستن پاسخ با دنیا آی‌تی همراه باشید.

پاسخ این پرسش در ماده‌ای به‌نام DNA نهفته است. ساختار و عملکرد این ماده وراثتی در حوزه بیولوژی مولکولی و مهندسی ژنتیک قرار می‌گیرد و تا حدی از حوصله این بحث خارج است، ولی به صورت خلاصه و ساده شده عملکرد این ماده را بررسی می‌کنیم و سپس به اصل موضوع می‌پردازیم!

دی اکسی ریبونوکلئیک اسید که به اختصار DNA نامیده می‌شود دارای یک ساختار مارپیچی دو رشته‌ای، و هر رشته دارای یک ترکیب پایه به نام نوکلئوتید است که از چهار باز آلی به نام‌های گوانین (G)، آدنین (A)، سیتوزین (C) و تایمین(T) تشکیل شده‌اند. دو رشته DNA توسط این باز‌ها به هم متصل می‌شوند ولی گوانین فقط به سیتوزین و آدنین فقط به تایمین می‌چسبد و همین موضوع راز کد گذاری و ذخیره سازی اطلاعات توسط این ماده به حساب می‌آید. توالی و ترتیب یک رشته، توالی و ترتیب رشته مکمل را تعیین می‌کند و به زبان ساده، تغییر توالی‌ها ساختار و عملکرد سلول را کنترل می‌کنند.

به نظر شما توانایی این سیستم ذخیره سازی در مقایسه با سیستم رایج کنونی تا چه میزان است؟

یک مهندس ژنتیک و یک بیولوژیست از دانشگاه هاروارد به بررسی این موضوع پرداخته و به نتایج جالبی دست یافته‌اند. آن‌ها توانستند با ذخیره ۷۰۰ ترابایت اطلاعات روی یک گرم DNA، تمامی رکوردهای قبلی در این زمینه را بشکنند!

این کار به‌وسیله George Church و Sri Kosuri انجام شده و DNA را به عنوان یک وسیله کارامد برای استفاده در تجهیزات ذخیره سازی مطرح کرده است. در این روش به جای این که اطلاعات به‌صورت باینری در نواحی مغناطیسی دیسک ذخیره شوند، رشته‌های DNA ساخته شده با استفاده از جفت بازهای TGAC مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ به این ترتیب که در مقیاس باینری T و G به عنوان 1 و جفت بازهای A و C برابر با 0 در نظر گرفته می‌شوند. برای خواندن اطلاعات از این طریق باید توالی DNA خوانده شده و به سیستم باینری معمول ترجمه شود و برای اینکه خواندن اطلاعات آسان‌تر باشد، این رشته‌ها در اندازه‌هایی سنتز شده‌اند که هرکدام می‌توانند ۱۹ بیت را ذخیره کنند. اطلاعات تمام این رشته‌ها خوانده شده و سپس به شکل قابل استفاده دسته‌بندی می‌شود. به شکل زیر توجه کنید:

دانشمندان به سه دلیل خیلی خوب، در دراز مدت به استفاده از DNA به عنوان یک راه ذخیره سازی اطلاعات فکر می‌کنند:

۱- فشردگی خیلی زیاد: یک بیت اطلاعات بر روی یک واحد از این حافظه ذخیره می‌شود که فقط کمی بزرگتر از یک اتم است!

۲- در مقایسه با دیسک‌های رایج، حجم اطلاعات بیشتری قابل ذخیره کردن است.

۳- به طرز شگفت‌انگیزی پایدار است و نیاز به نگهداری ندارد. در حالی که دیسک‌های رایج باید در شرایط مناسب و با دقت نگهداری شوند، ذخیره سازهای DNA پس از صدها یا هزاران سال نگهداری در گوشه یک انبار، قابل استفاده هستند!

علاوه بر سه عامل ذکر شده، سرعت تبادل اطلاعات هم بسیار بالا و حجم اطلاعات موجود در یک هارد دیسک باور نکردنی خواهد بود. تصور کنید یک گرم DNA می‌تواند ۷۰۰ ترابایت اطلاعات را ذخیره کند که برابر با ۱۴۰۰۰ دیسک بلوری ۵۰ گیگابایتی و ۲۳۳ دستگاه هارد‌دیسک ۳ ترابایتی می‌شود! دقت کنید که مقادیر گفته شده فقط در مورد ۱ گرم از این ماده شگفت‌انگیز است و نه بیشتر!

با این تکنولوژی در آینده می‌توانیم هر چیزی را در هر مکان و بدون هیچ محدودیتی ذخیره کنیم در حالی که امروزه با محدودیت‌های زیادی در مورد حافظه‌های ذخیره سازی روبرو هستیم و استفاده از این نوع حافظه می‌تواند تحولی در زمینه ساخت اسمارتفون‌ها، دوربین‌های دیجیتال و سایر گجت‌های قابل حمل ایجاد کند.