Was ist DNA-Datenspeicherung? Ist es die Zukunft der Speicherung?

Im Laufe der Jahrzehnte hat sich die Speichertechnologie weiterentwickelt und wurde immer besser. Es hat sich von CDs und Disketten auf Festplatten und Solid-State-Laufwerke verlagert. Dennoch haben wir ein Problem: Die Menge an verfügbarem und produziertem Speicher kann die Daten, die wir ständig produzieren, nicht bewältigen.

Würde die DNA-Speicherung das Problem also lösen? Können Daten in DNA gespeichert werden?

Was ist DNA-Datenspeicherung?

DNA-Datenspeicherung ist der Prozess der Verwendung von DNA-Molekülen als Speichermedium. Im Gegensatz zu den heute vorhandenen optischen und magnetischen Formen von Speichertechnologien werden DNA-Daten nicht in binären Ziffern (d. h. 1 und 0) gespeichert. Stattdessen würden sie in DNA-Nukleotidbasen (A, C, G, T) kodiert und gespeichert. Diese Stränge werden dann bei Bedarf in Binärziffern umgewandelt.

Derzeit existieren über 11 Billionen Gigabyte an Daten, und jeden Tag kommen mindestens 2,5 Millionen Gigabyte hinzu. Mit dieser massiven Zunahme können die weltweit verfügbaren Datenträger nicht Schritt halten. Die DNA-Speicherung ist eine Lösung für dieses Speicherproblem.

Wie funktioniert die DNA-Datenspeicherung?

DNA steht für Desoxyribonukleinsäure. Es ist ein komplexes organisches Molekül, das die genetische Information eines Lebewesens trägt. Es kommt bei allen Menschen vor und speichert Informationen wie Hautfarbe, Augenfarbe, Größe und andere physikalische und biologische Merkmale.

Eine DNA-Spirale hat mehrere und abwechselnde Paare von vier einzigartigen Basen. Sie sind Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Diese Basen sind paarweise an der DNA-Spirale befestigt, Basenpaare genannt. Die beiden Basenpaare sind Adenin-Thymin und Guanin-Cytosin.

Daten werden in der traditionellen Datenverarbeitung in Binärziffern (1s und 0s) gespeichert. Bei der DNA-Datenspeicherung speichern und kodieren die vier Nukleotidbasen (A, C, G, T) Daten. Informationen werden in Permutationen von drei Nukleotidbasen gespeichert, die als Codons bezeichnet werden.

Die DNA-Speicherung umfasst drei Prozesse: Codieren der Daten, Synthetisieren und Speichern und Decodieren der Daten. Binäre Codes, die Informationen enthalten, werden mithilfe eines Algorithmus in DNA-Codes oder Codons übersetzt. Sie werden dann in einem Behälter in einer kühlen und regulierten Umgebung deponiert. Die DNA, die Informationen trägt, kann in Lösung eingefroren, als Tröpfchen gespeichert oder auf Siliziumchips gespeichert werden.

Wissenschaftler arbeiten daran, das Auslesen von DNA-Speichern schneller und kostengünstiger zu machen. Ab sofort müssen in DNA gespeicherte Daten ins Labor gebracht werden, um in fehlerfreie binäre Informationen entschlüsselt zu werden, und das dauert lange.

Daher kann es einige Zeit dauern, bis DNA-Datenspeicher zu leicht verfügbaren, billigen Geräten werden, die von der Öffentlichkeit verwendet werden.

Es wird mehr Forschung in die DNA-Speichertechnologie gesteckt, und sie wird die bestehenden Speichermethoden noch nicht ohne weiteres über den Haufen werfen. Aber in ein paar Jahren, wenn mehr Forschung und technologische Durchbrüche erzielt werden, werden Daten in DNA gespeichert, wodurch die Probleme des Weltraums, der Sicherheit und der Verschlechterung gelöst werden.

Was ist die Speicherkapazität der DNA-Datenspeicherung?

Die DNA-Datenspeicherung ist die bevorzugte Lösung für das Problem der Speicherknappheit, da sie große Datenmengen auf sehr wenig Platz speichern kann. Ein Gramm DNA kann 215 Petabyte an Daten speichern. Ein Petabyte sind 1.024 Terabyte. Ein Gramm DNA kann also ungefähr 220.160 Terabyte speichern.

Vergleichen Sie das mit der aktuellen Technologie: Eine 1-Terabyte-Festplatte wiegt etwa 400 Gramm. Um also die Datenmenge zu speichern, die einem Gramm DNA entspricht, benötigt man mehr als 88 Millionen Gramm Festplatten.

Mit diesen Informationen sagen die Forscher, dass alle Daten der Welt derzeit mit DNA-Datenspeicherung in einen Schuhkarton passen können.

Was sind die Vorteile der DNA-Datenspeicherung?

Die Verwendung von DNA-Speicher als Speichermedium bietet viele Vorteile gegenüber der digitalen Speicherung. Sie bietet eine hohe Datenspeicherkapazität, eine wesentlich längere Lebensdauer als andere Speicherformen, Kompaktheit, geringe Anfälligkeit für technische und elektrische Ausfälle sowie Reproduzierbarkeit.

Speicherdichte

Der Hauptvorteil der DNA-Speicherung gegenüber anderen Speichermedien ist die Speicherdichte. Obwohl du Speichern Sie Ihre Daten aus der Ferne in der Cloud oder auf dem NAS, sie werden immer noch in großen Servern und Rechenzentren gespeichert. Diese Rechenzentren sind so groß wie Fußballstadien und der Bau und die Wartung kosten Milliarden von Dollar. Anders verhält es sich mit der DNA-Datenspeicherung.

Mit der DNA-Datenspeicherung können Sie riesige Datenmengen auf sehr kompaktem Raum speichern. Daher werden Platzprobleme, Wartungskosten und Mangel an Lagerausrüstung reduziert.

Haltbarkeit

Die heute verfügbaren digitalen Speichergeräte sind alles andere als langlebig. Sie alle sind anfällig für Verfall und Abbau. Digital Decay ist die allmähliche Zersetzung von Daten, die auf einem Computer gespeichert sind, die jedes Jahr Millionen von Menschen betrifft.

Die DNA hat eine Halbwertszeit von 500 Jahren. Wenn sie in einer optimalen und regulierten Umgebung gespeichert werden, können in DNA gespeicherte Daten Hunderte von Jahren verfügbar sein.

Reproduzierbarkeit

Aufgrund der Verschlechterung von Daten müssen Daten in Rechenzentren nach einiger Zeit kopiert und auf andere Hardware übertragen werden, um die gespeicherten Informationen zu erhalten. Dieser Vorgang ist häufig umständlich.

In DNA gespeicherte Daten können leicht repliziert werden. Eine Methode, die Wissenschaftler getestet haben, besteht darin, die DNA mit gespeicherten Informationen in ein Bakterium einzufügen. Dieses Bakterium vermehrt sich dann—von allein—andere Generation von Bakterien, die die gleichen Informationen besitzen, die in der ersten DNA gespeichert sind, ohne Fehler oder Verluste.

Ist DNA-Datenspeicherung die Zukunft der Speicherung?

Ganz ehrlich, ja. Die DNA-Datenspeicherung erfüllt sicherlich alle Lösungskästchen für die heutigen Speicherprobleme. Es wird bereits heute von Unternehmen verwendet, die umfangreiche Informationsarchive aufbewahren möchten, auf die nicht regelmäßig zugegriffen werden muss.

Leider wird es noch einige Zeit dauern, bis die DNA-Speicherung eine gängige und erschwingliche Speicheroption für die Öffentlichkeit ist. In der Zwischenzeit müssen wir sorgfältig das beste Speicherformat für die langfristige Datenspeicherung auswählen.

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