Ученые сохранили геном человека на «вечном» кристалле памяти
Исследователи из Университета Саутгемптона сохранили полный геном человека на 5D-кристалле памяти – революционном формате хранения данных, который может просуществовать миллиарды лет.
Ученые надеются, что кристалл может стать образцом для защиты человечества от вымирания, позволяя «воскресить» людей через тысячи, миллионы или даже миллиарды лет в будущем, если наука позволит это сделать.
Такая технология также может быть использована для создания устойчивой летописи геномов различных видов растений и животных, находящихся на грани исчезновения.
Кристаллы вечности
Пятимерный кристалл памяти был разработан Исследовательским центром оптоэлектроники (ORC) Университета Саутгемптона.
В отличие от других форматов хранения данных, которые со временем деградируют, кристаллы 5D-памяти могут хранить до 360 терабайт информации (в самом большом размере) без потерь в течение миллиардов лет, даже при высоких температурах. Он занесен в Книгу рекордов Гиннеса как самый прочный материал для хранения данных.
Кристалл эквивалентен плавленому кварцу, одному из самых химически и термически стойких материалов на Земле. Он может выдерживать высокие и низкие экстремальные температуры, а также прямую силу удара до 10 тонн на см2 и остается неизменным при длительном воздействии космического излучения.
Команда ученых из Саутгемптона во главе с профессором Питером Казански использует сверхбыстрые лазеры для точной записи данных в нано-структурированные пустоты, с размерами элементов до 20 нанометров.
В отличие от маркировки только на поверхности 2D-листа бумаги или магнитной ленты, этот метод кодирования использует два оптических измерения и три пространственные координаты для записи по всему материалу — отсюда и буква «5D» в его названии.
Восстановление видов
Долговечность кристаллов означает, что они переживут людей и другие виды. В настоящее время невозможно синтетически создать людей, растения и животных, используя только генетическую информацию, но в последние годы в синтетической биологии были достигнуты значительные успехи, в частности, создание синтетической бактерии в 2010 году.
«Мы знаем из других работ, что генетический материал простых организмов может быть синтезирован и использован в существующей клетке для создания жизнеспособного живого образца в лаборатории», — говорит профессор Питер Казански.
«Пятимерный кристалл памяти открывает возможности для других исследователей создать вечное хранилище геномной информации, из которого можно было бы восстановить сложные организмы, такие как растения и животные, если наука в будущем это позволит».
Чтобы проверить эту концепцию, команда ученых создала 5D-кристалл памяти, содержащий полный геном человека. Для примерно трех миллиардов букв в геноме каждая буква была секвенирована 150 раз, чтобы убедиться, что она находится в этой позиции. Работа по глубокому секвенированию была выполнена в партнерстве с Helixwork Technologies.
Визуальные подсказки
Кристалл хранится в архиве «Память человечества» — специальной капсуле времени в соляной пещере в Гальштатте, Австрия.
При проектировании кристалла исследователи учитывали, могут ли данные, содержащиеся в нем, быть восстановлены разумом (видом или машиной), который придет за нами в отдаленном будущем. В самом деле, это может быть обнаружено в столь далеком будущем, что никакой системы отсчета не существует.
«Визуальный ключ, начертанный на кристалле, дает нашедшему информацию о том, какие данные хранятся внутри и как их можно использовать», — говорит профессор Питер Казански.
Над плотными плоскостями данных, хранящихся внутри, ключ показывает универсальные элементы (водород, кислород, углерод и азот); четыре основания молекулы ДНК (аденин, цитозин, гуанин и тимин) с их молекулярной структурой; их размещение в структуре двойной спирали ДНК; и как гены позиционируются в хромосоме, которая затем может быть вставлена в клетку.
Чтобы визуально определить, к какому виду относится 5D-кристалл памяти, команда ученых отдала дань уважения табличкам космического аппарата «Пионер», которые были запущены НАСА, чтобы вывести его за пределы Солнечной системы.
«Мы не знаем, последуют ли когда-нибудь кристаллы памяти за этими бляшками по пройденному расстоянию, но можно с высокой степенью уверенности ожидать, что каждый диск превысит свое время выживания», — добавляет профессор Казанский.