DNA|多到一块硬盘都存不下的小姐姐们 未来能直接刻进你的DNA?( 二 )
我相信看到这里肯定有很多人搞不明白,这 DNA 怎么能和存储信息联系起来 。
要讲清楚这个,咱们首先要知道一件事 。
信息是怎么存储的?
现在咱们用的数字化存储磁带硬盘这些东西,想要存储文字图片视频这些信息,并不是像纸笔这样直接写下来或画下来,而是将文字图片视频转化成一串二进制码,再记录在硬盘上 。
比如想要记录这么一句话 “ hello world ”,首先电脑会将 hello world 经过 ASCII 码转化成二进制码,ASCII 码是基于拉丁字母的一套电脑编码系统 。
这套系统中,ASCII 码定义了 128 个字符,每个字符按顺序使用二进制码标记,这样通过记录二进制码就能知道你记录的数据了 。
这种做法很像摩斯电码是不是,转换成二进制码之后,电脑就会通过磁电效应,利用硬盘里上成千上万的小磁极记录这些 01 数据,在读取时反向操作即可 。
。。。
以上这些内容相信大多数差友们比我都还了解,但这跟 DNA 又有什么关系?
难道 DNA 也有磁性,能像这些网友们一样吸住铁勺嘛?
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肯定不能啊!更何况这些人能吸住勺子,大概率只是因为没洗澡皮肤黏而已 。( 虽然 DNA 也挺黏的 )
啊不是!虽然 DNA 没有磁性,但是差友们还记得高中生物中教的 DNA 转录那一课吗?DNA 本身是由四种碱基组成 —— 腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶以及胸腺嘧啶 。
为了记录遗传信息,四种碱基会排列成不同顺序 。在表达时 DNA 解旋裂开以其中的一条链为模板进行转录,生成 mRNA ( 信使 RNA ),mRNA 上相邻的三个碱基,就是它们表达性状的最小单位密码子 。
不同排列顺序的密码子就代表着不同的遗传密码 。
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欸!这个密码表,放计算机里来,原理上不就是 ASCII 码嘛,也就是说 DNA 记录信息的方式在逻辑上是和数字存储一摸一样的 。只要咱们把 DNA 的四种碱基拿来翻译二进制,那不就可以用 DNA 记录信息了嘛 。
比如,00 指代腺嘌呤 A、01 鸟嘌呤 G、10 胞嘧啶 C、11 胸腺嘧啶 T 。
一句 “ hello world ” 的二进制 ASCII 码是这样的:
01101000 01100101 01101100 01101100 01101111 00000000 01010111
01001111 01010010 01001100 01000100
转换成 DNA 编码那就是这样:
GCCA GCGG GCTA GCTA GCTT AAAA GGGT GATT GGAC GATA GAGA
这样一来,所有能用二进制记录的数据,DNA 也能记录下来了 。从逻辑上来看,虽然 DNA 存储很好理解,具体到实现上就要花点功夫了 。
作为存储设备,要实现的功能无非就是写入然后读取 DNA 编码写入部分主要由两步组成 。
DNA 编码以及 DNA 合成编码过程中除了要进行二进制码转化外,还有就是要解决化学合成中的精准度不高的问题 。所以一般都是对信息先进行压缩,然后加入纠错码,最后再转化成 DNA 编码 。
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DNA 合成则是将碱基序列中的碱基逐个连接形成 DNA 链的过程,由于细胞的排外性及受生物活动的影响,一般采用体外人工合成的方式合成 DNA 链,这个合成本质上来说就是一系列针对性的化学反应 。
又因为合成 DNA 长链在时间、错误率、技术难点等方面均高于短链,所以通常将碱基序列分成若干短链 。
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短链的头部就是地址位,它的功能就是定位某段短链在信息中的位置,这样就可以快速查找、定位、拼接各段信息 。
信息存入完毕后,剩下的就是 DNA 解码读取了 。
首先通过 PCR 技术,也就是 DNA 体外扩增技术,对 DNA 片段进行复制,获得多个 DNA 片段副本,然后在对副本进行 DNA 测序 。
获取碱基序列后,对序列纠错、去冗( rong )余解码,最后就能得到完整的原始数据 。
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优缺点
既然是一种新的存储方式,DNA 存储肯定有它的优势所在 。
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