有没有一个永久储存数据的地方？

有相同疑问的，不止题主一个人，并且还真有人找到了解决方法！2013年，在斯洛文尼亚的马里博尔大学，两位生物爱好者Karin Ljubic Fister 和 lztok Fister Jr.就产生了这样的疑问，主人公之一Karin曾经在博客中写：统计显示人类每天产生2.5 EB的数据，那可是 25000 亿干兆字节，怎么看都太多了，并且还在越来越多……而人们的存储介质容量如此有限，又占地方，并且这些数据差不多只有十年左右的寿命。他们想：可以把电脑上所有的数据信息永久存储在哪里？为什么不难把人类历史上所有的数据放在一块石头里，靠近云杉或橡树……在两位生物教授的帮助下，他们真的找到了永久存储的介质，只不过不是一块石头，而是一株烟草植物。具体而言，是烟草植物的DNA！他们将一小段写有 “Hello World” 的 Python 代码通过农杆菌转化法编码到烟草植物的 DNA 中。编码过的烟草植物，被培养出了种子，再次播种后，他们对第二代植物叶片进行 DNA 测序并转换为二进制，当初写入的Python 程序运行完美——在计算机屏幕上打印 “Hello World”。DNA存储的信息密度极大，单个细胞里的 DNA，如果拉直甚至比 1 米还长，其中存储了30 亿个碱基对。一个碱基可以用两个二进制数字来表示，也就是这样：A=00；T=01；G=10；C=11，因此一个碱基占据的空间就是 2 位（2比特）。在计算机中，8 位就是 1 字节（byte），1024 个字节就是 1 KB，1024 kb 则是 1MB ，以此类推。所以，一条 30 亿个碱基对 DNA 的数据量就是就是 60 亿比特，换算一下大概是 7GB ，而它仅仅只有几纳米。1 DNA = 30,000,000,000*2bits = 60,000,000,000 bits = 7,500,000,000 B =7,324,218.75 KB = ...... = 6.98 GB所以DNA的信息密度远远超过人类制造的一切存储介质，即便要把人类掌握的所有数据都存储下来，也只需要大概 1 公斤的 DNA，一个冰箱就够了。不仅一段代码可以存，一部电影也可以存进DNA——2017 年，哈佛大学的 George Church 团队，把人类史上第一部“电影”《迈布里奇的马》存入了大肠杆菌，并能较为准确地从细菌体内读取并复现。这部“电影”其实就是一个只有 5 帧的 GIF 图，像素为 36×26。研究人员对每一个像素、每一帧都用碱基进行编码，然后用基因编辑工具 CRISPR 将每一帧的信息按顺序插入了细菌们的基因组，存入的信息大约共有 2.6kB。这些大肠杆菌在培养皿上经历了许多代的繁殖，但当实验员把它们的DNA拿出来测序，播放那5帧影片，准确率仍然达到了 90%。国内也有团队在进行相似的实验。就在2022年，天津大学合成生物学团队，将十幅敦煌壁画存入DNA中。他们合成了21万条承载敦煌壁画图片信息（约6.8MB）的DNA片段，并且，为了避免DNA在体外常温保存时断裂降解，团队设计了一种序列重建算法，能够结合贪婪路径搜索和循环冗余校验码来实现断裂DNA片段的高效从头组装。据预计，壁画信息可在实验室常温下可保存千年，在9.4°C下可保存两万年。理论上讲，写入的数据不仅保留在初代DNA中，还可以遗传给DNA载体的所有后代，例如一株植物，一培养皿大肠杆菌。由此世世代代地存续下去，听起来还挺浪漫。至于读取数据，只要从新一代提取细胞，做个基因测序就可以了。通常，这需要给四种碱基染上不同的颜色，借着颜色的次序，我们可以轻易读出碱基的顺序，再还原成二进制代码，得到我们之前写入的数据。但不得不承认，DNA作为存储媒介，又有一些极其致命的缺陷。首先是凭目前的技术，它的制作成本相当高，在实验室里，合成一个碱基的成本大约是几块钱的样子，存储1MB的信息大概需要几百万的活动经费，一些商业项目拼命压低成本，也只降到了每MB几万块，而且这一切都得交给专门的实验室了。如果说成本可以通过规模来摊平，那么DNA存储更大的瓶颈恰恰是难以规模化——因为DNA的读写速度都实在是太慢了。毕竟，无论编码碱基序列还是基因测序，靠的都是复杂的化学反应，我们用尽全力，它的读写速度也在每秒 2 KB 左右，你往 DNA 中存一部 5GB 的电影得需要 728 个小时，约等于一个月。更荒唐的是，我们还没有任何办法在DNA上定位信息，也就是说，你不能像硬盘那样，直接只拖出你想要的文件，无论想在DNA上翻阅什么，都只能把其中所有信息全都取出来，存在某个可以随机读取的媒介上，再慢慢地找。……你还想要DNA存储吗？拿它存些啥好呢？参考资料：青年理工工作者生活研究所第2季第5集：DNA存储：如何让仙人掌成为硬盘？_高清完整版视频在线观看_腾讯视频来源：知乎 www.zhihu.com 作者：青工所助理研究员【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。点击下载此问题还有 245 个回答，查看全部。延伸阅读：怎么可以永久储存数据？数据的储存？

Nov 20, 2023 - 12:00

有相同疑问的，不止题主一个人，并且还真有人找到了解决方法！

2013年，在斯洛文尼亚的马里博尔大学，两位生物爱好者Karin Ljubic Fister 和 lztok Fister Jr.就产生了这样的疑问，主人公之一Karin曾经在博客中写：统计显示人类每天产生2.5 EB的数据，那可是 25000 亿干兆字节，怎么看都太多了，并且还在越来越多……而人们的存储介质容量如此有限，又占地方，并且这些数据差不多只有十年左右的寿命。

他们想：可以把电脑上所有的数据信息永久存储在哪里？为什么不难把人类历史上所有的数据放在一块石头里，靠近云杉或橡树……

在两位生物教授的帮助下，他们真的找到了永久存储的介质，只不过不是一块石头，而是一株烟草植物。

具体而言，是烟草植物的DNA！

他们将一小段写有 “Hello World” 的 Python 代码通过农杆菌转化法编码到烟草植物的 DNA 中。编码过的烟草植物，被培养出了种子，再次播种后，他们对第二代植物叶片进行 DNA 测序并转换为二进制，当初写入的Python 程序运行完美——在计算机屏幕上打印 “Hello World”。

DNA存储的信息密度极大，单个细胞里的 DNA，如果拉直甚至比 1 米还长，其中存储了30 亿个碱基对。一个碱基可以用两个二进制数字来表示，也就是这样：A=00；T=01；G=10；C=11，因此一个碱基占据的空间就是 2 位（2比特）。

在计算机中，8 位就是 1 字节（byte），1024 个字节就是 1 KB，1024 kb 则是 1MB ，以此类推。

所以，一条 30 亿个碱基对 DNA 的数据量就是就是 60 亿比特，换算一下大概是 7GB ，而它仅仅只有几纳米。

1 DNA = 30,000,000,000*2bits = 60,000,000,000 bits = 7,500,000,000 B =7,324,218.75 KB = ...... = 6.98 GB

所以DNA的信息密度远远超过人类制造的一切存储介质，即便要把人类掌握的所有数据都存储下来，也只需要大概 1 公斤的 DNA，一个冰箱就够了。

不仅一段代码可以存，一部电影也可以存进DNA——

2017 年，哈佛大学的 George Church 团队，把人类史上第一部“电影”《迈布里奇的马》存入了大肠杆菌，并能较为准确地从细菌体内读取并复现。

这部“电影”其实就是一个只有 5 帧的 GIF 图，像素为 36×26。研究人员对每一个像素、每一帧都用碱基进行编码，然后用基因编辑工具 CRISPR 将每一帧的信息按顺序插入了细菌们的基因组，存入的信息大约共有 2.6kB。

这些大肠杆菌在培养皿上经历了许多代的繁殖，但当实验员把它们的DNA拿出来测序，播放那5帧影片，准确率仍然达到了 90%。

国内也有团队在进行相似的实验。就在2022年，天津大学合成生物学团队，将十幅敦煌壁画存入DNA中。他们合成了21万条承载敦煌壁画图片信息（约6.8MB）的DNA片段，并且，为了避免DNA在体外常温保存时断裂降解，团队设计了一种序列重建算法，能够结合贪婪路径搜索和循环冗余校验码来实现断裂DNA片段的高效从头组装。据预计，壁画信息可在实验室常温下可保存千年，在9.4°C下可保存两万年。

理论上讲，写入的数据不仅保留在初代DNA中，还可以遗传给DNA载体的所有后代，例如一株植物，一培养皿大肠杆菌。由此世世代代地存续下去，听起来还挺浪漫。

至于读取数据，只要从新一代提取细胞，做个基因测序就可以了。通常，这需要给四种碱基染上不同的颜色，借着颜色的次序，我们可以轻易读出碱基的顺序，再还原成二进制代码，得到我们之前写入的数据。

但不得不承认，DNA作为存储媒介，又有一些极其致命的缺陷。

首先是凭目前的技术，它的制作成本相当高，在实验室里，合成一个碱基的成本大约是几块钱的样子，存储1MB的信息大概需要几百万的活动经费，一些商业项目拼命压低成本，也只降到了每MB几万块，而且这一切都得交给专门的实验室了。

如果说成本可以通过规模来摊平，那么DNA存储更大的瓶颈恰恰是难以规模化——因为DNA的读写速度都实在是太慢了。毕竟，无论编码碱基序列还是基因测序，靠的都是复杂的化学反应，我们用尽全力，它的读写速度也在每秒 2 KB 左右，你往 DNA 中存一部 5GB 的电影得需要 728 个小时，约等于一个月。

更荒唐的是，我们还没有任何办法在DNA上定位信息，也就是说，你不能像硬盘那样，直接只拖出你想要的文件，无论想在DNA上翻阅什么，都只能把其中所有信息全都取出来，存在某个可以随机读取的媒介上，再慢慢地找。

……

你还想要DNA存储吗？拿它存些啥好呢？

参考资料：青年理工工作者生活研究所第2季第5集：DNA存储：如何让仙人掌成为硬盘？_高清完整版视频在线观看_腾讯视频

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作者：青工所助理研究员

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怎么可以永久储存数据？
数据的储存？