هل يمكن تخزين البيانات في الحمض النووي للكائنات؟

يزداد الطلب على تخزين المعلومات يوماً بعد يوم، وتواجه الكثير من الشركات مشكلة في زيادة سعة التخزين على الرغم من أنها تملك مراكز بيانات عملاقة تضم وحدات تخزين عملاقة.

إذا أردنا أن نحافظ على البيانات المهمة والتكيّف مع النمو الكبير في الطلب على مساحة التخزين، علينا تطوير طرق جديدة لتخزين البيانات، تتضمن وحدات تخزين أصغر حجماً وذات سعة أكبر بكثير.

يفكر بعض العلماء والباحثين في الحمض النووي الموجود في خلايا جميع الكائنات الحية، ويتوقعون أنه قادر على تخزين نحو 1 إكسابايت (1 مليار غيغابايت) في كل مليمتر مكعب.

لا تقتصر قدرة الحمض النووي على تخزين كمية هائلة من البيانات في مساحة صغيرة فقط، بل يوفر أيضاً إمكانية التخزين لمدة طويلة. وقد تم إثبات ذلك بعد العثور على بقايا سليمة لحمض نووي يعود لكائنات حية انقرضت قبل ملايين السنين.

الحمض النووي

يوجد الحمض النووي في كل خلايا جسم الإنسان، وهو يخزن المعلومات الوراثية مثل لون العينين ولون الشعر ولون البشرة.

تعمل المعلومات الوراثية الموجودة في الحمض النووي على توجيه كل خلية لأداء وظائفها. يمكننا القول إن الحمض النووي هو البرنامج أو نظام التشغيل الذي يتحكم في عمل الخلايا.

طريقة تخزين المعلومات غير الوراثية على الحمض النووي

نخزن المعلومات على شكل وحدات بت (كل منها يتكون من رقمين: 0 و 1).

يتكون الحمض النووي من أربعة أحماض أمينية أساسية: أدنين (Adenine) وغوانين (Guanine) وسيتوزين (Cytosine) وتايمين (Thymine)، لذا يعرف اختصاراً باسم AGCT. يتم تخزين المعلومات الوراثية في الحمض النووي على شكل سلاسل من هذه الأحماض الأمينية الأربعة.

من أجل تخزين المعلومات غير الوراثية على الحمض النووي، يجب علينا أولاً ترجمة البيانات الثنائية (البتات) إلى سلاسل تتكون من الوحدات الأربع (AGCT).

هل يمكن استخدام الحمض النووي لتخزين البيانات اليوم؟

استثمر العديد من الشركات في الأبحاث والدراسات بهذا المجال، وقد أحدث ذلك ثورة في صناعة التكنولوجيا الحيوية، وهي التكنولوجيا القائمة على دمج الجزيئات الحيوية واستخدامها كجزء من الحواسيب.

تعتبر شركة كاتالوغ (Catalog) التي يقع مقرها بولاية ماساشوستس الأميركية من أشهر الشركات في هذا القطاع، وهي تعمل على تطوير أول منصة قائمة على الحمض النووي في العالم لتخزين البيانات الرقمية الضخمة.

في عام 2019، أعلنت الشركة أنها تمكنت من تخزين كل مقالات موسوعة ويكيبيديا الإنجليزية (16 غيغابايت) في قارورة صغيرة تتضمن جزيئات الحمض النووي نفسها الموجودة في أجسامنا.

تم هذا الإنجاز بواسطة أول آلة للكتابة على الحمض النووي في العالم. يمكن لهذه الآلة الكتابة بسرعة 4 ميغابت في الثانية، وهو معدل كتابة بطيء جداً مقارنة بوسائل التخزين المتوفرة اليوم.

في عام 2021، أعلنت مجموعة من العلماء السابقين في شركة كاتالوغ أنهم تمكنوا من تطوير آلة للكتابة على الحمض النووي بسرعة 18 ميغابت في الثانية.

فوائد تخزين البيانات على الحمض النووي

هناك العديد من الفوائد لتخزين البيانات على الحمض النووي، أهمها أن الحمض النووي يحتفظ بالبيانات لآلاف السنين، في حين أن أفضل أقراص التخزين اليوم يمكن أن تتلف خلال عدة سنوات.

يوفر الحمض النووي أيضاً سعة تخزين هائلة، إذ يمكن لغرام واحد من الحمض النووي تخزين أكثر من 215 بيتابايت من البيانات.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن نسخ الحمض النووي وتكراره إلى ما لا نهاية.

عوائق تخزين البيانات على الحمض النووي

تشمل العوائق الرئيسية لتخزين البيانات على الحمض النووي ما يلي:

التكاليف الباهظة: من المتوقع أن تنخفض التكلفة مع تطور التكنولوجيا.
وقت الوصول: تخزين البيانات وقراءتها يستغرق ساعات، ما يجعل هذه التكنولوجيا غير عملية لمعظم التطبيقات التي تتطلب بيانات في الوقت الفعلي. يعمل العلماء على تقليل وقت الوصول هذا.