你的DNA，其实能当“硬盘”用

半月谈记者 张漫子

以信息时代的后见之明回望人类演化，我们的文明史，其实也是一部数据史。

在全球80亿人平均每人每天产生高达1.5GB数据的今天，“数据怎么存、存在哪里好”的问题，日益凸显。要一块多大的“硬盘”，才能装下我们不断延长的文明史？答案可能在生命最基础的单元之中。对，就是DNA。DNA做的“硬盘”，你想拥有吗？

DNA，能当“硬盘”用？

DNA，携带生命核心“代码”的神秘大分子。它有着经典而美丽的双螺旋结构，犹如无限绵延的莫比乌斯带，编织出生命体演化的壮阔历史。生命体规模巨大的遗传信息就在此进程中代代传承，精准而安稳，从信息科学的角度看，确实不可思议——单个人体细胞的平均直径仅有5到200微米，却轻松包罗一个人的全部遗传信息，30亿对碱基。

DNA可以保存多久？最新答案是200万年。近年科学家曾从格陵兰岛冻土中成功提取200万年前的DNA序列，其中信息仍历历可辨。

既然DNA携带的信息可跨越数百万年之久，那么今天我们这个信息爆炸的时代，能否借用这条生命史的莫比乌斯带保存人间讯息，使之成为接续人类文明的一条纽带？

大胆假设，自然要小心求证。我们先来看看，DNA为什么这么能“装”？

关键在于两方面。其一就是双螺旋结构。“这样的结构使DNA分子在甚小空间内也可以紧凑排列，承载极高密度的信息。”北京大学软件研究所副研究员张成解释道。

北京大学 DNA 存储研究团队在做试验

此外，DNA四种碱基（腺嘌呤A、胞嘧啶C、鸟嘌呤G和胸腺嘧啶T）的排列组合变化无穷，也就意味着它们可以编码几乎无限量的信息，使得DNA理论上具备比任何现有存储设备更高的存储容量。

DNA究竟有多能“装”？理论上，仅1克DNA就能够存储约1000万小时的高清视频数据，想想看，1千克DNA又能装下多少？

2023年，我国产生的数据总量达32.85泽字节（ZB），相当于1000多万座中国国家图书馆的数字资源总量。折合成我们更熟悉的单位GB，我国每天产生的数据量达到惊人的900亿GB。据国际机构估计，刚过去的2024年，全球生成数据有159.2ZB之多。如果仅凭数据中心来存储，我们要建多少座数据中心才能储存这些数据！

寻找体积更小、容量更大的存储介质，已经是迫在眉睫之事。DNA，能够接过接力棒吗？

把数据刻进DNA

把海量数据存入DNA，也就三步。

第一步，将数据写入DNA，也就是将今日信息世界通行的二进制数据转化为DNA序列，0和1不同的排列组合实现的多样编码，与DNA序列四种碱基遵循一定之规的排列，二者之间要想转化无碍，就要制定严谨的编码规则，比如，每2个二进制位对应1种核苷酸组合。

接下来，构建存储信息的DNA分子。也就是按照前一步获得的编码布置碱基，合成DNA链。只不过，目前常用的化学合成法效率还嫌低了些，科学家正在积极探求新方法，利用DNA聚合酶催化的酶促合成法，就为许多科学家所看好。还有科学家提出并行写入DNA信息。近期，北京大学团队利用“分子活字印刷”方法，实现了27.5万比特的平行DNA存储。

最后，就是存储与读取了。DNA存储对环境的要求，不外低温、干燥、避光，低温（一般为零下20摄氏度甚至更低）的干燥环境能减缓DNA分子的降解速度，避光则是为了防止光照引发DNA分子损伤，确保存储数据不会“变质”。

给DNA“硬盘”一点耐心

前面提到，DNA存储不仅存得久，而且存得牢，若能有效避免水分与紫外线的影响，DNA可以在数十万年内保持稳定不变。

更妙的是，DNA存储还是一种“低碳之选”。DNA存储额外耗能极低，理想保存环境与日常环境相差不大，要想在能源有限条件下实现数据的长期保存，DNA存储堪称首选。

并行分子印刷 DNA 存储示意图

但是，在今天谈DNA存储，还是一种憧憬，我们也需要明白，有几样问题若不解决，DNA存储还是不能成为我们的下一代主流存储。

——成本高昂。目前合成2MB的DNA数据需要7000美元，读取数据需要再加2000美元，如果以DNA形式存储1GB大小的电影，编码大约需要花费358万美元。

——读写速度太慢。以目前的技术合成DNA，每添加一个碱基大约需要0.1秒钟。别觉得这时间不长，以此速度，保存一首高音质的MP3歌曲都需要差不多1个月。

——读取准确率还不够高。写入过程可能出现不正确的情况，读取时也可能因测序误差导致还原数据不准确。分子数据不比完全虚拟的0与1，自身难免有瑕疵，若不找到合适的处理办法，DNA存储的精度会大打折扣。

革命性的技术，往往起于看似幼稚的尝试，人类文明史无数转折点都佐证了这一点。如果整部人类文明史承传赓续的方式，都可以来一个大进步，那么我们又有什么理由不对今天的探索多些耐心呢？在传递地球生命的莫比乌斯带上，刻下万物灵长探索与创造的证明，会是智慧生命演化史上激动人心的时刻。