人类基因组存储在“永恒”记忆晶体中

Josiah02 · 发表于 2024-9-20 14:25:32

南安普顿大学的科学家将完整的人类基因组存储在 5D 记忆晶体中——这是一种可以保存数十亿年的革命性的数据存储格式。
研究团队希望，如果科学允许的话，这块晶体能够提供一份蓝图，让人类在数千年、数百万年甚至数十亿年后免于灭绝。
该技术还可用于创建面临灭绝的濒危植物和动物物种基因组的永久记录。
永恒水晶
5D存储晶体由南安普顿大学光电子研究中心（ORC）开发。
与其他会随时间而退化的数据存储格式不同，5D 存储晶体可以存储高达 360 TB 的信息（最大尺寸），即使在高温下也能存储数十亿年而不会丢失。它保持着最耐用的数据存储材料的吉尼斯世界纪录（2014 年颁发）。
这种晶体相当于熔融石英，是地球上化学和热稳定性最强的材料之一。它可以承受极端的冰冻、火灾和高达 1,000°C 的温度。这种晶体还可以承受高达每平方厘米 10 吨的直接冲击力，并且即使长时间暴露在宇宙辐射下也不会发生变化。
由彼得·卡赞斯基 (Peter Kazansky) 教授领导的南安普顿大学团队使用超快激光将数据精确地刻录到二氧化硅内的纳米结构空隙中，特征尺寸小至 20 纳米。
与仅在二维纸张或磁带表面进行标记不同，这种编码方法使用两个光学维度和三个空间坐标在整个材料上进行写入 - 因此名称中带有“5D”。
恢复物种
晶体的寿命意味着它们将比人类和其他物种存活的时间更长。目前，仅使用遗传信息合成人类、植物和动物是不可能的，但近年来合成生物学取得了重大进展，尤其是克雷格·文特尔博士的团队在 2010 年创造了一种合成细菌。
卡赞斯基教授说：“我们从其他人的研究中了解到，简单生物的遗传物质可以被合成并用于现有细胞，从而在实验室中创造出可行的活体标本。”
“5D记忆晶体为其他研究人员建立了一个永久的基因组信息库，如果未来的科学允许的话，从中可以恢复植物和动物等复杂生物。”
为了测试这一概念，该团队创建了一个包含完整人类基因组的 5D 记忆晶体。对于基因组中大约 30 亿个字母，每个字母都进行了 150 次测序，以确保它处于该位置。深度读取测序工作是与 Helixwork Technologies 合作完成的。
奥地利哈尔施塔特的“人类记忆”档案馆。图片来源：南安普顿大学
视觉线索
这块晶体被存放在“人类记忆档案”中——这是位于奥地利哈尔施塔特的一个盐洞内的一个特殊的时间胶囊。
在设计水晶时，团队考虑了水晶中保存的数据是否可能被遥远未来在我们之后出现的智慧（物种或机器）检索。事实上，它可能会在遥远的未来被发现，以至于不存在任何参照系。
卡赞斯基教授说：“水晶上刻有视觉钥匙，让发现者知道里面存储了什么数据，以及如何使用这些数据。”
在密集的数据平面之上，关键部分展示了通用元素（氢、氧、碳和氮）；DNA 分子的四种碱基（腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶）及其分子结构；它们在 DNA 双螺旋结构中的位置；以及基因如何定位到染色体中，然后可以将其插入细胞中。
为了直观地了解 5D 记忆晶体与哪个物种有关，研究小组向美国国家航空航天局 (NASA) 发射的先驱号航天器牌匾致敬，该航天器旨在将其带出太阳系的范围。
卡赞斯基教授补充道： “我们不知道记忆晶体技术是否能跟踪这些斑块的行进距离，但可以高度有信心地预期每个磁盘的存活时间都会超过其生存时间。”

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