Збереження геному людини на «вічному» кристалі пам’яті: революція в зберіганні даних
У світі, де цифрові дані стають основою сучасної цивілізації, збереження інформації на тривалий час є ключовим викликом. Учені з Університету Саутгемптона зробили прорив, зберігши повний геном людини на 5D-кристалі пам’яті — інноваційному носії, здатному зберігати дані мільярди років. Ця технологія не лише відкриває нові горизонти для збереження генетичної інформації, але й може стати основою для відновлення людства та зникаючих видів у далекому майбутньому. У цій статті ми розглянемо, як працює 5D-кристал, його потенціал, наукові основи та перспективи використання, спираючись на дані з наукових публікацій та інтернет-джерел.
Що таке 5D-кристал пам’яті?
5D-кристал пам’яті, розроблений у Центрі оптоелектронних досліджень (ORC) Університету Саутгемптона, є революційним носієм даних. На відміну від традиційних форматів зберігання, таких як жорсткі диски чи магнітні стрічки, які деградують з часом, 5D-кристали здатні зберігати до 360 терабайт інформації без втрати даних протягом мільярдів років, навіть за екстремальних умов.
Кристал виготовлений із плавленого кварцу — одного з найстійкіших матеріалів на Землі. Він витримує температури до 1000°C, прямі удари силою до 10 тонн на см², тривалий вплив космічного випромінювання та екстремальні умови заморожування чи вогню. У 2014 році технологія отримала рекорд Гіннеса як найміцніший носій даних.
Як працює технологія?
Запис даних на 5D-кристалі здійснюється за допомогою ультрашвидких лазерів, які створюють наноструктуровані порожнини в кварці. Ці порожнини мають розміри до 20 нанометрів і орієнтовані в п’яти вимірах: трьох просторових координатах та двох оптичних вимірах. Такий підхід дозволяє записувати інформацію з надзвичайною щільністю та довговічністю. На відміну від двовимірних носіїв, таких як папір чи магнітна стрічка, 5D-кристали використовують весь об’єм матеріалу для зберігання даних.
За словами професора Пітера Казанського, який очолює команду розробників, ця технологія відкриває нові можливості для створення «вічних» архівів генетичної інформації. У статті, опублікованій на сайті Університету Саутгемптона, зазначається, що кристали можуть стати основою для збереження геномів не лише людини, але й зникаючих видів рослин і тварин.
Збереження геному людини: як це було зроблено?
Команда Саутгемптона успішно записала повний геном людини, який містить приблизно три мільярди нуклеотидів, на 5D-кристал. Для забезпечення точності кожну «літеру» геному секвенували 150 разів. Цей процес відбувався у співпраці з компанією Helixwork Technologies, яка спеціалізується на глибокому секвенуванні ДНК.
Кристал із геномом людини зберігається в архіві «Пам’ять людства» (Memory of Mankind) у соляній печері в Халльштатті, Австрія. Цей архів створено як своєрідну капсулу часу для збереження ключової інформації про людство.
Візуальні підказки для майбутніх цивілізацій
Щоб зробити кристал зрозумілим для тих, хто може знайти його через мільйони чи мільярди років, учені додали візуальний ключ. На поверхні кристала зображено універсальні елементи (водень, кисень, вуглець, азот), чотири основи ДНК (аденін, цитозин, гуанін, тимін) із їхньою молекулярною структурою, а також схему розташування генів у хромосомах і клітинах. Цей ключ нагадує таблички, розміщені на космічних апаратах Pioneer, запущених NASA, які містять інформацію про людство для позаземних цивілізацій.
Професор Казанський зазначає: «Ми не знаємо, чи подорожуватиме технологія кристалів пам’яті так далеко, як таблички Pioneer, але ми впевнені, що їхня довговічність значно перевищить будь-які сучасні носії».
Потенціал для відновлення видів
Хоча наразі неможливо синтетично відтворити людину чи складний організм лише на основі генетичної інформації, прогрес у синтетичній біології дає надію. У 2010 році команда доктора Крейга Вентера створила синтетичну бактерію, використовуючи генетичний код. Це досягнення стало важливим кроком у синтетичній біології, і 5D-кристали можуть стати основою для створення «генетичних бібліотек» для майбутнього відновлення видів.
«Генетичний матеріал простих організмів уже може бути синтезований і використаний для створення живих екземплярів у лабораторії», — пояснює Казанський у статті, опублікованій на порталі ScienceDaily. У майбутньому, якщо наука розвинеться до рівня, що дозволить синтезувати складні організми, 5D-кристали можуть стати «сховищем» для відновлення людства чи зникаючих видів.
Збереження біорізноманіття
Окрім геному людини, технологія може використовуватися для збереження генетичної інформації зникаючих видів. Згідно з даними Всесвітнього фонду дикої природи (WWF), тисячі видів рослин і тварин перебувають під загрозою зникнення через зміну клімату, вирубку лісів і браконьєрство. 5D-кристали можуть стати інструментом для створення «генетичних архівів», які збережуть біорізноманіття для майбутніх поколінь.
Виклики та перспективи
Попри потенціал, технологія 5D-кристалів стикається з низкою викликів. По-перше, сучасні методи синтетичної біології ще не дозволяють відтворювати складні організми лише на основі генетичної інформації. По-друге, запис даних на кристали є дорогим і складним процесом, що обмежує його масове використання. Однак, як зазначається в публікації на порталі Nature, швидкий розвиток нанотехнологій і лазерних систем може зробити цю технологію доступнішою в майбутньому.
Ще одним викликом є етичний аспект. Збереження геному людини та інших видів викликає питання про те, хто матиме доступ до цих даних і як вони використовуватимуться. Учені наголошують на необхідності створення міжнародних стандартів для регулювання таких технологій.
Висновки
Збереження геному людини на 5D-кристалі пам’яті є одним із найамбітніших проєктів сучасної науки. Ця технологія не лише демонструє потенціал для створення «вічних» носіїв даних, але й відкриває нові можливості для збереження біорізноманіття та відновлення видів у далекому майбутньому. Завдяки своїй надзвичайній довговічності та стійкості, 5D-кристали можуть стати спадщиною людства для прийдешніх цивілізацій.
Розвиток синтетичної біології, нанотехнологій і лазерних систем зробить цю технологію більш доступною, а її застосування — ширшим. У майбутньому 5D-кристали можуть стати ключем до збереження не лише генетичної інформації, але й культурної та наукової спадщини людства.
Джерела:
University of Southampton. (2023). Human genome stored on ‘everlasting’ memory crystal. [Посилання на сайт університету].
ScienceDaily. (2023). 5D memory crystal could preserve human genome for billions of years. [Посилання на статтю].
Nature. (2022). Advances in synthetic biology and data storage technologies. [Посилання на статтю].
WWF. (2023). Biodiversity and species extinction reports. [Посилання на сайт WWF].
Степан Сікора
