На смену жестким дискам придут бактерии

Вся культура современного человечества, все знания, история - иными словами, информация - так или иначе зависят от материальных носителей информации, от обычной бумаги до различных цифровых носителей, например, лазерных дисков. Все они в большей или меньшей степени подвержены разрушению под воздействием различных факторов среды. А если допустить возможность некоего глобального катаклизма, возникшего на планете по вине человека или природы, чего также исключать не приходится, то может возникнуть серьезное опасение относительно сохранности важных для человечества данных.

Неплохой пример такого варианта изображен в фантастическом американском сериале Dark Angel ("Темный ангел"), в котором электромагнитный удар колоссальной силы, поражающий США, в один момент стирает с лица планеты всю электронную "инфраструктуру". Думаю, даже тем, кто не знаком с данным незабвенным произведением американского кинематографа, несложно представить по крайней мере некоторые последствия такой катастрофы. Напрашивается вывод, что неплохо было бы изобрести способ записи информации, который бы смог выдерживать электромагнитные, радиационные, температурные и иные воздействия.

А какая форма организации материи имеет шансы выдержать перечисленные воздействия? Правильно, пока единственным вариантом, доказавшим способность переносить действие всех приведенных факторов, является живая форма организации материи, а если быть более конкретным, то микроорганизмы. К такому же выводу пришел и Пак Чунг Вонг (Pak Chung Wong), специалист по информационным технологиям из Северо-западной тихоокеанской национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL), штат Вашингтон. Вонг вместе с коллегами показали, что в качестве носителя информации может быть использована искусственно синтезированная ДНК, вживленная в клетку микроорганизмов.

Чтобы подтвердить свою идею, ученые поставили следующий опыт. Они взяли текст песенки It's a Small World (Этот небольшой мир) и закодировали его с помощью четырех "букв" генетического "алфавита" ДНК (в состав ДНК входят нуклеотиды, содержащие четыре разных вида азотистых основ - аденин, гуанин, цитозин и тимин). После этого они разделили полученный код на небольшие участки длиной около 150 "букв" и синтезировали соответствующие цепочки ДНК. Далее концы полученных полинуклеотидов были снабжены специальными последовательностями, которые защищали их от распознавания клеткой в качестве чужеродных, и тем самым от уничтожения.

Полученные последовательности были введены в состав микроорганизмов двух видов - E.coli (кишечная палочка, излюбленный лабораторный микроорганизм) и еще один - Deinococcus radiodurans. Последний, кстати, был выбран не случайно. Этот бактериальный организм уникален по своей способности переносить экстремальные условия. Так, в частности, культуры D.radiodurans успешно выдерживают высокие температуры, обезвоживание, действие ультрафиолетового света и радиационное облучение в дозах, которые в 1000 раз превышает смертельные для человека. В связи с приспособленностью к существованию в экстремальных условиях, обладающих сильным мутагенным действием, данный микроорганизм отличается высокоэффективными репарационными механизмами (механизмами восстановления структуры ДНК после повреждений).

Благодаря этому даже после 100 клеточных поколений информация, записанная во введенной ДНК, могла быть считана в неизменном состоянии. По словам Вонга, "После того, как ДНК вводится в клетку, она попадает под защиту и таким образом приобретает шанс сохранить целостность. А поскольку миллилитр культуральной среды может содержать до миллиарда бактериальных клеток, потенциальная емкость такой системы записи данных представляется невероятной".

Правда, какой бы надежной ни была система поддержания целостности ДНК, при достаточно длительном инкубировании в культуре все-таки появляются микроорганизмы, которые вследствие мутации содержат измененный генетический код. Шансы мутаций увеличиваются также по мере увеличения длины вживляемой ДНК. Huw Williams, бактериолог из Лондона, отмечает, что неудивительно, что в ходе эксперимента последовательность искусственно синтезированных ДНК осталась неизменной на протяжении даже 100 поколений - ведь ее длина составляла лишь около 150 нуклеотидов.

Однако авторы технологии все же склонны считать, что главная опасность может заключаться в другом - а именно в том, что вживляемая ДНК может влиять на жизнедеятельность микроорганизма, понижая или повышая последнюю. Таким образом, клетки, содержащие ДНК с одним "куском" закодированного текста, могут стать более живучими, чем другие. По прошествии же длительного периода времени это может привести к сокращению в составе культуры числа клеток с одним видом вживленной ДНК и увеличения количества с другим ее вариантом. Теоретически, в некоторый момент группа клеток с определенным видом ДНК станет очень редкой, что чревато осложнениями при последующем прочтении закодированного материала.

Для того чтобы проверить эти догадки, исследователи намерены провести серию экспериментов по совместному выращиванию клеток с различными вживленными ДНК и впоследствии сделать выводы относительно того, наблюдается ли дифференциальная гибель клеток того или иного типа.

Напоследок следует отметить, что в последнее время в прессе довольно регулярно появляются сообщения относительно разработки различных технологий записи данных каким-либо новым способом. Так, в частности, в конце прошедшего года группа американских ученых из Университета Оклахомы во главе с Бинг Фунгом продемонстрировали способ записи информации путем изменения магнитных моментов протонов атомов отдельной молекулы. В качестве демонстрации технологии ученые сохранили в молекуле 32-пиксельный черно-белый рисунок. Для этого изображение было перекодировано в двоичном коде, что не вызывает особых трудностей. После этого молекулу подвергали электромагнитному излучению, которое содержало волны 1024 различных частот, близких к 400 мегагерц. Каждая из частот имела амплитуду, обозначающую либо "0", либо "1". Для того, чтобы воспроизвести записанную информацию, ученым пришлось подвергнуть молекулу излучению, содержащему волны несколько других частот, нежели те, что использовались при записи, и зафиксировать получаемый эффект с помощью метода, известного под названием магнитно-ядерного резонанса.

Как видим, в разработках технологий сохранения данных ученые прибегают к новым и все более необычным способам. Однако, кто знает - нет гарантии, что завтра именно они придут на смену ныне существующим.

HiZone.info, 20 февраля 2003 года