Dvojitá šroubovice DNA je nejstarší paměťové médium na této planetě a současně také paměť s nedostižně největší hustotou zápisu – na prostým okem neviditelnou molekulu se musí vejít kompletní informace o "konstrukci" a fungování jakéhokoliv tvora včetně nejsložitějších savců. Vědci se proto snaží tento způsob ukládání dat napodobit.

Významný úspěch nyní oznámila Columbia University ve spolupráci s New York Genome Center: v jejich laboratořích se Yanivu Erlichovi a Dině Zielinské podařilo docílit hustoty zápisu odpovídající 215 petabajtů dat na gram DNA.

Petabajt je kvadrilion (milion miliard) bajtů – pro lepší představu: je to 1000 terabajtů, přičemž kapacita pevného disku dnes běžně prodávaných počítačů nebo externích disků je nanejvýš v řádu jednotek terabajtů.

Mimozemšťané a strom poznání

Ukládání dat do molekuly DNA by mělo celou řadu výhod, proto nepřekvapí, že myšlenka se poprvé objevila už v 60. letech minulého století. Mělo by to fungovat už proto, že jde o systém ověřený několika miliardami let biologické evoluce. Takovou testovací dobu neměl k dispozici žádný lidský inženýr ani vývojové pracoviště.

Velkou předností také je, že při dodržení vhodných skladovacích podmínek DNA časem nedegraduje – na rozdíl od dnešních datových nosičů, jejichž životnost je v řádu desítek let. Svědčí o tom například úspěchy při čtení genetické informace neandrtálců, mamutů nebo i organismů ještě starších. Obor zvaný molekulární paleontologie se už zabývá segmenty DNA získanými z fosilií starých desítky nebo (v případě bakterií) i stovky milionů let.

Molekulární biolog a umělec Joe Davis proto přišel s projektem Malus ecclesia – vyšlechtění jabloně, v jejíž DNA by byl zašifrovaný kompletní obsah anglické Wikipedie. Vznikl by tak skutečný strom poznání, moderní obdoba jabloně, kvůli které Bůh vyhnal Adama a Evu z ráje. Britský fyzik a astrobiolog Paul Davies zase věří, že pokud někdy v minulosti navštívili Zemi zástupci mimozemské civilizace, zanechali tu své poselství ukryté v DNA některého vývojově nadějného organismu.

V neposlední řadě má paměť na principu DNA mnohem menší nároky na prostor než současné polovodičové paměti. Teoreticky je tak možné do jedné malé zkumavky uložit rozsáhlou filmotéku nebo kompletní databázi velké výzkumné instituce. Udává se, že všech 80 petabajtů dat Evropského střediska pro jaderný výzkum CERN by se vešlo na 40 gramů DNA.

Vědění lidstva v láhvi od okurek

Na rozdíl od dnešních paměťových nosičů, kde jsou data ukládána v podobě jedniček a nul, DNA pracuje poněkud na jiném principu. Můžeme si ji představit jako něco na způsob pásky, na kterou jsou přilepovány čtyři různé molekuly (adenin, guanin, thymin a cytosin), jejichž pořadí je nositelem informace. Místo dvou stavů tu tedy jsou čtyři prvky.

Při zápisu binární informace na DNA je proto nutné provést něco jako překlad. Například adenin může být jednička, guanin nula, thymin 01, cytosin 11. Velkým problémem dosavadních metod zápisu a čtení bylo, že při tom docházelo k chybám. Yaniv Erlich a Dina Zielinská proto vyvinuli metodu, při níž (zjednodušeně řečeno) opakování některých sekvencí znemožňuje chybné čtení.

S pomocí této metody vědci do DNA zapsali úplný operační systém počítače, jeden počítačový virus, legendární film bratří Lumierů "Příjezd vlaku do nádraží la Ciotat", dárkovou kartu Amazonu v hodnotě 50 dolarů, plaketu z kosmické sondy Pioneer a vědeckou studii o teorii informací.

Následné pokusy, při nichž byl roztok s DNA několikrát ředěn a DNA z něj opakovaně kopírována, prokázaly, že i potom je možné bezchybně přečíst původně zapsané informace.

Dosažených 215 petabajtů na gram DNA přitom odpovídá průměrné hodnotě 1,6 bitu na jednu bázi DNA, přičemž teoreticky je možné na bázi uložit 2 bity. Rozdíl připadá právě na nutnost zabudování kontrolních a opravných mechanismů.

Představa, že všechno vědění lidstva budeme mít uložené doma v lednici třeba v lahvi od okurek, je lákavá – ale zřejmě si na to ještě budeme muset nějaký čas počkat.

"Jen samotná syntéza DNA nás přišla na 7000 dolarů, další 2000 stálo čtení dat," upozornil Yaniv Erlich v rozhovoru pro server Phys.org. "Další problém je časová náročnost, protože přečtení pouhých 2 megabajtů nám trvalo 24 hodin." 

Tak jako u každé nové technologie se ale dá předpokládat, že časem bude cena klesat a výkony růst.