从“阴阳”中获得灵感,华大团队研发全新“DNA硬盘” 本文转自：深圳商报读创

本文转自：深圳商报
读创/深圳商报采访人员袁斯茹
起源于几千年前的中国古代哲学思想“阴阳” ，为今天的大数据研究提供了灵感。4月25日，《自然-计算科学》发表一项来自深圳的最新成果，该研究开创了一套独具优势的“阴阳”编解码系统，用以解决当前DNA信息存储领域的技术难题。
研究由深圳华大生命科学研究院主导，深圳国家基因库、首都师范大学、美国哈佛大学等多个研究团队共同参与。

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△此前，华大研究团队曾将《开国大典》影片存储于DNA中
存储信息， DNA是“资深前辈”
我们正处在前所未有的信息大爆炸时代。据估算， 2025年全球每天将产生491EB数据，相当于每天制造出2亿张DVD光盘。如此海量数据，如何长期稳定存储？
2019年， “DNA数据存储器”入选《时代周刊》年度100项最佳发明。
如何用DNA存储数据？华大相关负责人用一句话进行了解释。所有信息在计算机中由二进制的方式存储，即0和1两个数码；而储存在DNA中的生物遗传信息，则储存在DNA中，以A、T、G、C四种碱基表现。“如果把信息语言的0和1 ，转换为生物语言的ATGC ， DNA就有望成为‘完美’存储器了。”该负责人说。
事实上，在信息存储界，相较于现有的U盘、硬盘、磁带等， DNA可以说是坐拥数十亿年经验的资深前辈。

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△科学家曾成功完成100万年前猛犸象DNA测序，证明DNA可存储信息时间之长
第一是超高的信息密度， 2012年《科学》杂志文章指出， 1克DNA理论上可以存储455EB数据，相当于数千万个1TB移动硬盘的大小；第二是超长的待机时间， DNA作为相对稳定的分子，其半衰期长达521年，在理想状态下甚至可保存成千上万年；第三是超强的生物兼容性， DNA作为绝大多数生物遗传信息的载体，相对无机物、金属等存储介质而言，具有更强的生物兼容性。
研究10年， “DNA硬盘”还有烦恼
从2012年开始，科学家们不断进行DNA信息存储的相关尝试，前期主要致力于解决信息密度和生物兼容性的难题。
2017年，科学家引进信息通信领域的编码方法——喷泉码，以条件过滤的方式筛选DNA序列，唯有满足筛选条件方可进行最终生成，基于此实现了对生物技术的兼容。
DNA喷泉码的诞生，几乎解决了此前的技术瓶颈，但实际应用中也出现灵活性与适用性的问题。
一方面，喷泉码技术的建立是基于通信技术领域的原理基础，对原始数据类型偏好较强，如需要01分布相对均匀等，因此面向生物与信息融合新兴领域的DNA存储技术应用，存在一定的局限性。另一方面，通信领域的信号传输是即时的、可及时纠错的，而生物领域的DNA分子存储是异步异时的，一旦发生部分信息丢失或错误，便存在原有信息无法恢复的风险。
如何在保证信息转换效率和技术兼容的同时，大幅提高信息恢复的稳定性？此次华大研究院主导的研究，从“阴阳”思想中找到了全新思路。
“阴阳”思想，解DNA存储难题
“DNA的双链模型，是否能如‘阴阳’一样对立、统一和互化？”基于此，研究团队开创了一套名为“阴阳”的比特-碱基编解码系统，验证了该系统在信息密度、技术兼容性、数据恢复稳定性等多方面的优势。