人类文明的发展离不开信息传递与交互。随着人类文明从狩猎文明到信息文明的转变，信息改变了人们生活的方方面面，甚至影响了人们的生存，例如我们每天吃饭离不开外卖、购物离不开手机等等。 而随着互联网技术的快速发展，人类世界的数据信息也在急剧增长。有统计数据显示，目前全世界每天产生的邮件、照片、推文、视频等等数字文件超过 250 万 Gb，而全世界总数字文件更是高达 10 万亿 Gb。这些数据大多被保存在巨大的数据中心中，一个存储量为 10 亿 Gb 的大型数据中心，占地可达数个足球场，建设和维护成本高达 10 亿美元。 而随着 5G 技术的发展， 人类信息存储的需求会更加爆炸，在可预见的未来，基于传统硅基储存介质的储存方式将不可避免地陷入资源枯竭的困境。 于是，开发新的储存技术就显得尤为重要。 近日，来自美国麻省理工学院生物工程系的 Mark Bathe 教授带领的研究团队， 成功开发出了全新的以 DNA 为基础的信息存储和读取技术，实现了 DNA 数据的快速准确检索识别。 简单来说，这一技术首先将数据储存在 DNA 中，然后将每个数据文件封装在一个直径 6 微米的二氧化硅颗粒中，并且通过可显示内容的短 DNA 序列进行标记，通过这些标记，人们可以快速搜索所需的信息。 该研究以 ＂Random access DNA memory using Boolean search in an archival file storage system＂ 为题发表在最新一期的 Nature Materials 杂志上。 对此 Bathe 教授表示，＂我们需要新的方案来解决海量数据的存储问题，DNA 的密度实际上比闪存还要高 1000 倍， 理论上一个装满 DNA 的咖啡杯就可以存储世界上所有的数据。 另一个有趣的点在于，一旦你制造出了 DNA 聚合物，它就不会再消耗任何能量，我们可以将其永久储存。＂ DNA 存储信息，靠谱吗？ 我们都知道，所有信息在计算机中都是借助 0 和 1 两种代码存储的，而 DNA 是由 A、T、G、C 四种碱基组成的。因此，长期以来就有科学家设想，如果将四种碱基中的 A、T 表示 0，G、C 表示 1，那么 DNA 也可以存储信息了。 相比于目前常用的以硅基材料为基础的信息存储技术，DNA 得特性使其天生就是一种非常理想的存储介质。首先， DNA 非常稳定 ，合成和测序技术目前非常成熟，操作容易。其次， 由于 DNA 密度较高 ， 其数据存储密度远远超过传统数据存储技术，可存储规模更是远远超出现有最大数据中心的容量。直观来说， 1 立方厘米的 DNA 存储的数据信息比一万亿张光盘存储量还多。 最后，之前 已有科学家证实了使用 DNA 进行数据存储的可行性 ，例如在 2012 年，哈佛大学的乔治・丘奇（George Church）就曾在 Science 期刊发表论文，将自己的一本大小为 659kb 书存进了 DNA 中，并将其导入了大肠杆菌进行复制。 然而，目前以 DNA 为基础的存储技术要想应用到临床还需要解决两个非常重要的问题。例如 DNA 存储的成本问题 ，以目前 DNA 合成的成本计算，在 DNA 中存入 100 万 Gb 的数据，成本高达 1 万亿美元。 对此，Bathe 教授表示，＂如果要跟硅基存储竞争，DNA 合成的成本需要再下降 6 个数量级。不过，就像过去几十年间硅基存储价格的大幅降低，DNA 合成成本预计在未来 20 年左右就会降到和硅基存储相当＂。 除了成本之外， DNA 存储所面临的另外一个难题在于，如何从所有存储信息中挑出想要的文件。 目前，人们常用的是 PCR（聚合酶链式反应）来检索 DNA 文件，每个 DNA 数据文件都包含一个特定的 PCR 引物结合序列。 不过，这一检索方法有一个致命的缺点，那就是引物和靶 DNA 序列之间可能存在干扰，脱靶会导致不需要的文件被拉出。此外，PCR 检索过程中需要酶，最终也会消耗掉大部分的 DNA。 新技术解决 DNA 存储信息检索难题 作为替代方法，Bathe 教授带领的研究团队开发了一种全新的检索技术。该技术首先将每个 DNA 文件封装到一个直径 6 微米的二氧化硅颗粒中，每个颗粒最高容量可达 1Gb，同时每个二氧化硅颗粒都被标记上与文件内容相关的 DNA 单链条形码。 接下来，研究团队验证了上述方法的可行性，他们将狮子、老虎、猫、狗、香蕉、飞机等等 20 个不同的图像编码到大约 3000 个核苷酸长度的 DNA 片段中，相当于大约 100 B。每个文件都标有与 ＂猫＂ 或 ＂飞机＂ 等标签相对应的条形码。 图 | 可内容寻址的分子文件系统的写 - 访问 - 读循环 当研究人员想要提取特定图像时，只需添加与他们正在寻找的标签相对应的引物，就能快速找到对应的文件。引物用荧光或磁性粒子标记，便于从样本中读取和识别匹配信息，这种方法允许人们自主删除所需的文件，而不会损坏其他 DNA 文件。 同时，研究人员使用了来自哈佛医学院 Stephen Elledge 教授开发的 100000 个序列库中的单链 DNA 序列，每个序列长约 25 个核苷酸。如果在每个 DNA 文件上放置两个这样的标签，可以对 100 亿个不同的文件进行唯一不重复标记，如果每个文件上有四个标签，则可以唯一不重复标记 1 万亿亿个不同的文件。通过这种方法，研究团队实现了每秒 1 KB 的搜索检索速度，目前来看，这一速度仍然太慢。 不过，研究团队表示， 目前 DNA 存储技术比较适合用于存储 ＂冷＂ 数据，也就是保存一些不常访问的数据。 目前 Bathe 教授正在成立一家名为 Cache DNA 的初创公司，致力于长期存储 DNA 技术的研究。 总的来说，Bathe 教授的研究突破了 DNA 存储技术发展的瓶颈，为 DNA 存储过程中的信息搜索提供了一种新的解决方案。未来， 随着 DNA 作为存储介质成本的下降，人类基因测序和其他相关技术的发展，DNA 存储技术非常有希望替代传统的硅基存储。 参考资料： https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210610135710.htm https://www.nature.com/articles/s41563-021-01021-3
加拿大总算忍不下去了！被英国二手潜艇坑惨，买新货也不一定顺手作为海战中的绝对利器，潜艇对强调海上力量的国家来说十分重要。特别是军事大国的海军，往往对建设潜艇部队相当上心，无论是自制还是引进，都希望获得性能足够先进的潜艇。不过，世上总有一些特美国好奇号发现火星建筑废墟，美国学者推测火星文明毁于核爆？现代科技的不断发展，人类科学家对宇宙的探索技术也是不断的进步，科学家们有更多的方式来对宇宙进行探索，其中火星因为是离人类最近的一颗行星，因此科学家对火星的探索也是不遗余力的，今年我华北南部黄淮江汉云南等地有强降水，热带低压发展并影响华南沿海一华北黄淮江南西南地区等地部分地区出现大到暴雨昨日08时至今日06时，华北中南部黄淮西部江淮中西部江汉江南中西部及内蒙古东北部黑龙江西部陕西中部四川东部重庆贵州西部云南南部等地的部华北黄淮江淮贵州等地有强降水，华南沿海有分散性强降水一四川盆地贵州安徽江苏等地部分地区出现强降雨昨日08时至今日06时，四川盆地中部和南部贵州北部湖北西部安徽中部江苏中北部及广东中部等地部分地区出现暴雨或大暴雨，安徽淮南和六安局地特南海热带低压将登陆广东沿海，最大风力7级中央气象台7月19日06时继续发布台风蓝色预警南海热带低压的中心今天（19日）早晨5点钟位于广东阳江东南方约175公里的海面上，就是北纬20。8度东经113。2度，中心附近最大风力甘肃省公航旅集团与临夏州签署参与实施乡村振兴战略框架协议202108161754来源每日甘肃网每日甘肃网讯8月16日下午，甘肃省公航旅集团参与临夏州实施乡村振兴战略框架协议签约仪式在临夏州举行。临夏州委书记郭鹤立，州委副书记代理州长何东临夏州与甘肃公航旅集团举行实施乡村振兴战略框架协议签约仪式视频加载中8月16日下午，甘肃公航旅集团参与临夏州实施乡村振兴战略框架协议签约仪式举行，州委书记郭鹤立主持仪式，甘肃公航旅集团董事长石培荣出席仪式并讲话。州委副书记代州长何东与公航美丽乡村特刊永靖县蓝色黄河上的璀璨明珠来源民族日报蓝色黄河上的璀璨明珠8月27日，国家乡村振兴重点帮扶县名单出炉，永靖县名列其中。母亲河流经永靖大地，便放缓了脚步，形成刘家峡盐锅峡八盘峡三大水库，千百年来涓流不息，孕育美丽乡村特刊康乐县一座没有围墙的花园来源民族日报一座没有围墙的花园连绵的绿色，从巍峨的莲花山雪峰下的原始森林开始，向乡野城市蔓延。以水为脉以绿为韵的草长沟白桦林竹子沟等乡村旅游热门打卡点掩映在青山深处，青砖绿瓦的古朴美丽乡村特刊临夏县一方诗意的栖居之地来源民族日报一方诗意的栖居之地母亲河畔的曙光村，借助特色优势产业富裕起来的群众，最引以为豪的，是政府实施的棚户区改造项目彻底解决了他们的住房问题，实现了从蜗居到安居的嬗变太子山下的美丽乡村特刊和政县一幅浓墨重彩的山水画来源民族日报一幅浓墨重彩的山水画夏秋之交，是和政县最美的季节，青山环绕，大南岔河潺潺流过，蓝天白云下，道路两旁种植的一簇簇花卉开得分外鲜艳，与周边的村庄山峦树木相映成趣此时的和政大