用DNA存储技术保存敦煌壁画

从人类结绳记事到书籍再到硬盘，存储信息一直是人类文明的基础性支撑。可以说，人类每一次文明的突破，都与存储信息技术的革命直接相关。然而，任何存储方式都有局限性，拿今天的数字存储技术来说，虽然和之前的技术相比，这种技术的容量和读取方式都更能满足数字社会的需要，并且还在不断改进，但是仍然有不足。比如，硬盘寿命一般在20年以下，而十年之后，硬盘中存储的信息就不完整了。再者，数字存储技术耗能惊人。因此，科学界开始寻找更方便的、更低耗能的存储新技术。

其实，目前人类已知的效率最高的、保存最稳定的、耗能最低的存储技术，就是DNA存储技术。DNA存储技术历史极其悠久，可以说，从有生命开始，DNA存储技术就已经广泛运用。这种技术能够轻松地将我们的鼻子、眉毛、眼睛的位置，蛋白质合成途径，人类进化过程等海量的生物信息，存储在比细胞还要小的DNA上，而且可以形成一种超级稳定的结构，几乎可以说这些信息是长在DNA上的。从存储密度来看，理论上每一克DNA可以存储数据215PB（千兆字节），约225443840GB（吉字节），相当于22万个1TB（太字节）硬盘的存储量。在理想状态下，目前1千克左右的DNA就可以存储全世界的信息。然而，这项技术尚不成熟，其难度在于写入、读取、还原和检索都比较麻烦。

前不久，天津大学的元英进团队在DNA存储技术方面取得突破性进展，他们精选了十幅敦煌壁画，写入DNA。经过实验室检测，科研人员认为在室温9.4℃的情况下，这些信息可以保存两万年，且成本非常低廉。元英进指出，DNA存储技术最大的优势就在于存储的密度远远高于传统的存储介质。

那么，怎样才能把图片信息存储到DNA中呢？DNA是脱氧核糖核酸的简称，其中包含“A”“T”“C”“G”四种碱基，可以构建一种四进制的存储机制。而计算机采用的是二进制代码，只要运用某种转化方法，把计算机的二进制系统转化为四进制系统，就可以把信息写入DNA。科研人员先把十幅敦煌壁画转化成数字图像，这些数字图像本质上就是一些二进制的比特串，“我们通过编码，将这些二进制的比特串转化为四进制的A、T、C、G碱基序列，再通过DNA合成技术，将碱基序列写入DNA，敦煌壁画的数据图像就‘变’为DNA了。”

如果仅仅把数字图像写入DNA，那么这项成就还不算突出。元英进团队成员韩明哲解释说，他们团队这一成就的独特之处在于，可以在较为宽松的条件下写入与读取数据。即便是天然界的DNA，也存在长期存放出现裂解的问题，而元英进团队通过一些特殊的重建算法，完整读取了已经裂解的DNA。在实验室中，团队模拟了一些比较恶劣的环境，如将温度升高到70℃，之后通过重建算法，仍然可以读取DNA中96.4%的信息。至于其他信息，团队也通过另一种编码方式完整地读取了出来。

元英进表示团队未来将在写入、存储、读取与存放等方面继续这项研究，“距离实用化并不遥远”。或许在不远的将来，我们可以把电脑和一根木头或者一杯溶液连起来，读取里面的海量信息。