ทาง Microsoft และมหาวิทยาลัยวอชิงตันได้ร่วมกันพัฒนาระบบที่ใช้ DNA เพื่อเก็บข้อมูลดิจิทัลอย่างสมบูรณ์เป็นครั้งแรก ซึ่งวันนี้ทาง Microsoft ได้เผยว่าทีมนักวิจัยปฏิบัติการเก็บและดึงข้อมูลได้แบบอัตโนมัติทั้งหมดแล้ว
หลักการก็คือการใช้ซอฟต์แวร์แปลง 0,1 ในระบบคอมพิวเตอร์ไปเก็บในระบบ DNA คือ A-T-C-G (หลายคนคงทราบดีจากวิชาชีวะตอน ม.ปลายว่ารหัส DNA จะมีโค้ดแทนแบบนี้) หรือย่อมาจาก Adenine, Guanine, Cytosine และ Thymine ซึ่งอยู่ในรูปแบบของเหลว โดยเบื้องต้นนักวิจัยได้ทำการ Encode คำว่า Hello ที่กลายเป็นโค้ดทางเคมีคือ ‘TCAACATGATGAGTA’ อย่างไรก็ตามปัญหาคือยังใช้เวลานานถึง 21 ชั่วโมงในการทดสอบเบื้องต้นซึ่งคาดว่าเกิดจากการตอบสนองทางปฏิกิริยาด้านเคมีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเขียนและดึงข้อมูลกลับจาก DNA มาเป็น 0 และ 1 ที่ยังทำได้ช้าอยู่
สำหรับองค์ประกอบสำคัญของการทดลองมี 2 ส่วนคือ Synthesizers และ Sequencers ที่ถูกใช้เพื่อการแปลงข้อมูลกลับไปมา นอกจากนี้นักวิจัยยังเผยว่าปัจจุบันได้ขยายพื้นที่ในการเก็บข้อมูลบน DNA Storage ได้ถึง 1 กิกะไบต์แล้วซึ่งก่อนหน้านี้มีสถิติที่ 200 เมกะไบต์เท่านั้น โดยมีการทดลองเก็บไฟล์ภาพ วีดีโอ งานอื่นๆ บน DNA และสามารถเรียกคืนไฟล์ได้แบบไม่มีข้อผิดพลาด อย่างไรก็ตาม DNA ที่พูดถึงนี้ไม่ใช่ของมนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตแต่ถูกสังเคราะห์ขึ้นมาในแลปเพื่อการนี้เท่านั้น.
เมื่อได้ยินคำว่า DNA Storage อาจคิดว่าเป็นศัพท์ในเกมหรือหนังไซไฟ แต่ทุกวันนี้ สิ่งที่คุณได้ยินอาจไม่ใช่เรื่องเกินจริงอีกแล้ว เพราะ DNA Storage คือการที่บรรจุข้อมูลลงไปในดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิต ด้วยวิธีการที่เรียกว่า DNA Fountain การบีบอัดข้อมูลชุดที่เป็นดิจิทัลลงไปในสาย DNA ย่อยๆ ได้สำเร็จ มีประสิทธิภาพสูงถึง 85% และกู้ข้อมูลคืนได้สมบูรณ์อีกด้วย เพื่อทดแทนการเก็บข้อมูลในพื้นที่อื่นอย่าง Hard disk หรือ Thumb drive โดยดีเอ็นเอขนาดเล็กเท่าหัวเข็มหมุดเก็บข้อมูลได้ถึง 125,000 GB เลยทีเดียว จากตัวอย่างงานวิจัยมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย และ New York Genome Center ได้ทดลองจุข้อมูลได้ถึง 214 เพตาไบต์ต่อ 1 DNA (โดยเปรียบเทียบกับฮาร์ดดิส 1 ลูก เท่ากับ 1 TB ฮาร์ดดิส 1,000 ลูก เท่ากับ 1 PB ฮาร์ดดิส 214,000 ลูก เท่ากับ 214 PB) โดยใช้ดีเอ็นเอหนึ่งกรัมทดลองจัดเก็บงาน เช่น ระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์แบบเต็มรูปแบบ ภาพยนตร์ฝรั่งเศลยุค 1895 1 เรื่อง ข้อมูลกิ๊ฟการ์ดของอเมซอน ข้อมูลของ Pioneer Plagues
จุดเริ่มต้นของ DNA Storage
ในปี 1959 Richard Feynman หนึ่งในนักฟิสิกส์ที่ทรงอิทธิพลมากที่สุดของครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ได้เริ่มเปิดประเด็นของการใช้ประโยชน์จากการย่อวัตถุต่าง ๆ ให้มีขนาดเล็กลงซึ่งสามารถตั้งข้อสังเกตได้ว่าเมื่อวัตถุที่สามารถทำหน้าที่ได้เหมือนกันมีขนาดเล็กลง เราจะสามารถใช้ประโยชน์จากพื้นที่ขนาดเท่าเดิมได้มากยิ่งขึ้น โดยได้เสนอแนวทางในหลายรูปแบบไม่ว่าจะเป็นการย่อส่วนคอมพิวเตอร์ การคิดค้นกล้องจุลทรรศน์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น รวมถึงได้ตั้งข้อคิดเห็นว่าเราอาจสามารถใช้ประโยชน์จากสสารทางชีววิทยาที่มักมีขนาดเล็กอย่างเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้
ต่อมาในช่วงกลางทศวรรษ 1960 ได้มีนักวิทยาศาสตร์ 2 คนคือ Mikhail Neiman ชาวโซเวียตและ Norbert Wiener ชาวอเมริกันออกมากล่าวถึง Genetic Memory ในเวลาไล่เลี่ยกัน โดย Neiman ได้ตีพิมพ์บทความ 3 ชิ้นเกี่ยวกับการย่อขนาดของการเก็บข้อมูลอุปกรณ์อิเลคทรอนิกส์ในระดับโมเลกุลถึงระดับอะตอม และ Weiner ได้ให้สัมภาษณ์ในหัวข้อ Machines smarter than men? และได้ให้แง่คิดเกี่ยวกับการเก็บข้อมูลใน DNA แบบเดียวกับในร่างกายของสิ่งมีชีวิตและได้ย้ำถึงงานวิจัยที่จะเกิดขึ้นต่อ ๆ ไปในอนาคต
ข้อมูลถูกเก็บได้อย่างไร?
Max Tegmark เคยได้อธิบายหลักการหัวใจสำคัญของการเก็บข้อมูลไว้ในหนังสือเรื่อง Life 3.0: Life 3.0: Being Human in the Age of Artificial Intelligence ไว้แบบง่าย ๆ ว่าการเก็บข้อมูลคือการใช้อุปกรณ์หรือตัวกลางเชื่อมโยงสิ่ง ๆ หนึ่งไปถึงข้อมูลชุดหนึ่งในธรรมชาติ เช่นการใช้แผนที่โลก (อุปกรณ์) เชื่อมโยงถึงที่ตั้งจริง ๆ ของจุดต่าง ๆ บนโลก (ชุดข้อมูลในธรรมชาติ)
โดยสิ่งที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์หรือตัวกลางนี้คือการที่มันสามารถดำรงอยู่ในสภาวะที่หลากหลายในเวลาที่นานพอสำหรับการใช้งาน การดำรงในสภาวะที่หลากหลายเช่นบิตของคอมพิวเตอร์ที่สามารถดำรงอยู่ได้ 2 สภาวะคือ 0 และ 1 (เราอาจเรียกมันว่าบิตสามารถเก็บข้อมูลได้ 2 State) ส่วนในเวลาที่นานพอสำหรับการใช้งาน เช่นเราสามารถใช้กระดาษ (ที่ขีดเขียนตัวอักษร) เก็บข้อมูลได้เพราะมันอยู่ได้คงทนไม่ย่อยสลายคามือภายใน 0.1 วินาทีหลังจากเขียน
การเก็บข้อมูลใน DNA ก็มีพื้นฐานมาจากหลักการเดียวกันคือการใช้สภาวะที่แตกต่างกันเรียงต่อกัน โครงสร้างของ DNA 1 เส้นจะประกอบไปด้วยสาย Polynucleotide 2 สายเชื่อมต่อกัน สายหนึ่งเรียกว่าสาย Primary (สายหลัก) และอีกสายเรียกว่า Complementary (สายเสริม) สายสองสายนี้จะมีลักษณะคล้าย ๆ กันคือจะประกอบไปด้วย Nucleotide เรียงต่อกันเป็นเส้นยาว และในแต่ละ Nucleotide จะประกอบไปด้วย 3 ส่วนคือ 1. หมู่ฟอสเฟต 2. น้ำตาล Deoxyribose และ 3. Nitrogenous Base โดยตัว Nitrogenous Base นี่เองที่ทำให้ DNA มีคุณสมบัติในการเก็บข้อมูลได้ เพราะความเป็นไปได้ของ Nitrogenous Base นี่จะมีทั้งหมด 4 แบบคือ A->Adenine T->Thymine C->Cytosine และ G->Guanine (อาจมองง่าย ๆ เทียบกับบิตคอมพิวเตอร์ 00110101100010 -> ATCCTAGCTGTA แบบนี้)
-ขอบคุณข้อมูล https://www.techtalkthai.com/ และ https://spaceth.co/
