DNA存储的敦煌壁画。天津大学供图

　　DNA存储技术概念图。天津大学供图

　　基于德布莱英图理论设计的序列重建算法高效解决DNA断裂、降解问题。天津大学供图

　　科幻大片《侏罗纪公园》里讲述了这样一个故事：科学家找到一块有史前蚊子的琥珀，从蚊子血中获得了恐龙的基因，从而让已灭绝了6000多万年的恐龙复活。

　　恐龙的生物信息存储在DNA中，若干年后被提取并还原出来。这听上去似乎有些道理，却也让人倒吸一口凉气。

　　最近，天津大学一项研究成果让人们离想象又近了一些。该校合成生物学团队将10幅精选敦煌壁画存入DNA中，并通过加速老化等实验，发现这些壁画信息在常温下可保存千年，在9.4℃下可保存两万年。

　　“如果在合适的温度等条件下，保存千万年也是可以的。”中国科学院院士、天津大学副校长元英进说。

　　小小的DNA却拥有惊人的存储容量

　　人类文明进化史，也是一部信息存储技术发展史。

　　从结绳记事、仓颉造字到磁带、硬盘等现代磁光电存储技术，数据存储帮助人类延续了思想，记录下灿烂文明。造纸与印刷术的发明，让人类能够存储的数据量在几百年内获得了大约5个数量级的提升。到了计算机时代，人类产生的数据呈爆发式增长。

　　“全世界都在建数据中心，而数据中心的能耗是惊人的。”元英进说。人们一直在不断寻找更海量、更稳定、更安全的存储方式。

　　大自然鬼斧神工的绝妙之处就在于此——最好的存储器或许就藏身于生命体之中。

　　自地球上出现生命以来，大自然一直用DNA来存储信息，至今已有30多亿年。人类的五官在脸上如何摆放，体内的蛋白怎样合成，眼睛是什么颜色……诸如此类纷繁复杂的人类基因组信息，都记录在比细胞还小得多的DNA上，一代代沿用至今。

　　不同于各种人造存储设备，DNA极其精巧却又如此经久耐用，它存储了亿万年来无数生物的遗传信息，造就生命繁衍、进化演化及生物多样性。

　　那么，假如把海量的信息，像存入U盘、硬盘一样，“写”到小小的DNA上，岂不是一举多得？事实上，当人类发现DNA的双螺旋结构后，美俄科学家就先后提出了用DNA存储数字信息的概念。

　　元英进解释说，DNA存储相较于磁、光、电等常规的信息存储介质有3个最显著的优势。其中最大的优势在于存储密度高。目前，天津大学研究团队将部分经典视频片段存储在DNA中，已实现了体积存储密度比普通硬盘高出6个数量级。

　　与此同时，存储的信息可用时间非常长。此次研究者将10幅敦煌壁画信息存储在DNA中，结合创新的算法，可以实现DNA分子在室温下保存超过千年，在9.4℃条件下保存两万年。

　　这样的长期保存需要的能耗却很低。元英进认为，DNA存储被视为一种极具潜力的存储技术，已经成为应对数据存储增长挑战的新机遇。

　　壁画“变身”DNA需要几步

　　DNA信息存储的原理共分两步——信息写入和信息读取。

　　这个过程实际上跨越了极难逾越的鸿沟：它打破了有机与无机的界限，连起生命和信息两大系统。

　　DNA是脱氧核糖核酸的缩写，含有“A”“T”“C”“G”四种碱基。如果用数字中的0、1、2、3分别代表一个碱基，就组成了一个四进制的存储方式，类似于计算机采用的0和1二进制代码。

　　通过编码转化，“碱基四进制”和“计算机二进制”就可以实现“对话”。天津大学合成生物学前沿科学中心博士生韩明哲解释说，壁画的数字图像本质上就是二进制的比特串，“我们通过编码将这些二进制的比特串，转化为四进制的ATGC碱基序列，再通过DNA合成技术将碱基序列写入DNA中，壁画的数据图像就‘变’为DNA了。”

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