الحمض النووي DNA أصبح جزءاً من مكونات الحاسوب //////"دماء إلكترونية" تجعل الحواسب الجديدة أسرع 10 آلاف مرة
الأقراص المرنة، الأقراص المدمجة، الأقراص الصلبة، و ماذا أيضاً؟ إنها احدى أكثر الطرق غرابة على الإطلاق، الحمض النووي DNA. فقد طور العلماء وسيلة جديدة لتخزين بيانات رقمية مثل ملفات الموسيقى و الكتب الرقمية و التطبيقات و الملفات النصية في الحمض النووي DNA، الجزيئات التي تحمل عادة التعليمات الخاصة بجسم الإنسان.
فريق من المملكة المتحدة استطاع تخزين أوراق علمية،صور، كتاب شكسبير في جزيئات مُنتجة صناعياً من "جزيء الحياة" الحمض النووي DNA و قد استطاعوا قراءة المعلومات التي قاموا بتخزينها بدقة 100%. حيث يُمكن لهذا المستودع الجديد حفظ البيانات لآلاف السنين حسب ما ذكر في مجلة الطبيعة الإلكترونية Nature.com.
و قد ذكر الباحثون بأن تكاليف تجميع الجزيء و تصنيعه في المختبر جعل هذا النوع من تخزين البيانات مكلفة للغاية في الوقت الحالي، و لكنهم يقولون أنها بسبب التكنولوجيا الحديثة و المتسارعة ستجعل هذه الطريقة في متناول الجميع و خصوصاً للإستخدامات الأرشفة طويلة الأمد.
أحد أعظم خصائص الحمض النووي DNA هي أنك لا تحتاج إلى الكهرباء للتخزين، حسب ما أوضح أحد أعضاء الفريق د. ايوان بيرني من معهد المعلوماتية الحيوية الأوروبية EBI في هنكستون، قرب كامبريدج.
مهما كانت الظروف المحيطة، باردة، جافة، رطبة أو مظلمة ، تبقى جزيئات الحمض النووي محتفظة بالبيانات. و كما تعلمون فقد بقيت جزيئات الحمض النووي للماموث، الذي بقي في ظروف بيئية صعبة لعدة آلاف سنة، دون تغير في المعلومات التي تحملها.
و تعتبر هذه الطريقة الحل الأمثل من حيث المساحة التخزينية و الحجم الفيزيائي و المدة الزمنية للتخزين للجهات التي تمتلك كميات هائلة من البيانات الهامة التي ينبغي المحافظة عليها من الضياع مثل السجلات الحكومية و التاريخية.
و على عكس وسائط التخزين الحالية مثل الأقراص الصلبة و الأشرطة الممغنطة، فإن DNA، دعونا نسميها بمكتبة DNA، لا تحتاج إلى صيانة مستمرة.
ليست هذه هي المرة الأولى التي يتم تخزين بيانات رقمية داخل الحمض النووي. فعلى سبيل المثال، في العام الماضي قامت مجموعة أمريكية قامة بنشر نتائج تجربة مشابهة كثيراً في مجلة العلوم حيث استطاع الباحثون بتخزين كتاب بالكامل.
الدراسة الخاصة بمعهد المعلوماتية الحيوية استخدمت تقنيات مختلفة قليلاً لتحقيق أهدافها، و لكنه كان أعمق في بعض قضايا التطبيق العملي.
كيف يتم ذلك من الناحية العملية؟
الجزيء الحلزوني يحتوي على أربع مجموعات كيميائية، و التي عندما تكون مُرتبة بترتيب معين، تحمل التعليمات الوراثية التي يحتاج إليها الكائنات الحية للبناء و الحفاظ على نغسها. يستخدم نظام التخزين الجديد نفس المجموعات الأربع و لكن بلغة مختلفة تماماً عن تلك التي تفهمها الحياة.
لنسخ ملف رقمي، مثل مستند نص و صورة فلا بد من ترجمة الأرقام الثنائية (الآحاد و الأصفار) - التي تمثل تلك المعلومات على القرص الصلب - إلى الترميز المفصل الذي وضعه فريق البحث، آلة توليف قياسية للحمض النووي، التي تنتج بعد ذلك التسلسل المقابل. و لكنها ليست جزيء واحد طويل، و إنما هي نسخ متعددة من الأجزاء المتداخلة، حيث يحمل كل جزء بعض تفاصيل الفهرسة التي تحدد مكان وجودها في السلسة الكلية.
و يعتبر هذا التكرار واحدة من أهم تقنيات المحافظة على البيانات من الضياع، فإذا تلف أحد الأجزاء يبقى هنالك أجزاء أخرى تحمل نفس البيانات. و لإعادة استرجان البيانات و قراءتها يتم استخدام نفس المعدات القياسية - المستخدمة في مختبرات البيولوجيا الجزيئية لقراءة الحمض النووي للكائنات الحية- لسحب المعلومات، حيث يمكن عرضها على شاشة الحاسوب مرة اخرى.
قام الباحثون بتخزين مجموعة من المعلومات و منها ملف نصي يحتوي على جميع سوناتات شكسبير و صورة بتنسيق jpg و غيرها من الملفات الرقمية بما يعادل اجمالي الحجم على محرك الأقراص حوالي 760 كيلوبايت. الحجم الفيزيائي الذي اُستُخدم لتخزين كل هذه البيانات ليس أكبر من ذرة غبار. و تستغرق مدة قراءة البيانات من الحمض النووي حوالي اسبوعين بتكلفة تصل إلى 10,000 دولار أمريكي.
و أفاد ديفيد هاوسلير- اختصاصي بعلم الوراثة وعالم الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، الذي لم يشارك في الدراسة - بأن تكنولوجيا القراءة و الكتابة تحسنت ل 10,000 ضعف على مدى السنوات الثماني الماضية و من المرجح أن يواصل التحسين بسرعة أكبر، و من المتوقع في غضون 10 سنوات أن تبدأ تقنية ال DNA التخزينية و أن تحل محل الأشرطة الممغنطة.
القُدرة التخزينية
و قال أحد أعضاء الفريق نيك جولدمان بأن الجزء يستطيع تخزين كمية هائلة لا تُصدق من البيانات، و أضاف إلى أن غراماً واحداً من الحمض النووي لديها قدرة استيعابية ل 2 بيتا بايت من البيانات أي ما يقابل مليون جيجا بايت (1000 تيرابايت) . رقم مخيف أليس كذلك؟
مخاطر صحية
و لكن ماذا لو تم إدراج هذا الحمض النووي - الذي تم تخزين بيانات رقمية به - في جينيوم حي بطريق الخطأ، ماذا سيحدث؟ حسب ما أفاد به د. جولدمان بأن عملية الإدراج لن تحدث و لن تتم لأن خلايا الجسم لن تفهم ما تحتويه هذه الجزيئات، و سيتخلص منها الجسم تماماً و يعتبرها جسم غريب.
فريق من المملكة المتحدة استطاع تخزين أوراق علمية،صور، كتاب شكسبير في جزيئات مُنتجة صناعياً من "جزيء الحياة" الحمض النووي DNA و قد استطاعوا قراءة المعلومات التي قاموا بتخزينها بدقة 100%. حيث يُمكن لهذا المستودع الجديد حفظ البيانات لآلاف السنين حسب ما ذكر في مجلة الطبيعة الإلكترونية Nature.com.
و قد ذكر الباحثون بأن تكاليف تجميع الجزيء و تصنيعه في المختبر جعل هذا النوع من تخزين البيانات مكلفة للغاية في الوقت الحالي، و لكنهم يقولون أنها بسبب التكنولوجيا الحديثة و المتسارعة ستجعل هذه الطريقة في متناول الجميع و خصوصاً للإستخدامات الأرشفة طويلة الأمد.
أحد أعظم خصائص الحمض النووي DNA هي أنك لا تحتاج إلى الكهرباء للتخزين، حسب ما أوضح أحد أعضاء الفريق د. ايوان بيرني من معهد المعلوماتية الحيوية الأوروبية EBI في هنكستون، قرب كامبريدج.
مهما كانت الظروف المحيطة، باردة، جافة، رطبة أو مظلمة ، تبقى جزيئات الحمض النووي محتفظة بالبيانات. و كما تعلمون فقد بقيت جزيئات الحمض النووي للماموث، الذي بقي في ظروف بيئية صعبة لعدة آلاف سنة، دون تغير في المعلومات التي تحملها.
و تعتبر هذه الطريقة الحل الأمثل من حيث المساحة التخزينية و الحجم الفيزيائي و المدة الزمنية للتخزين للجهات التي تمتلك كميات هائلة من البيانات الهامة التي ينبغي المحافظة عليها من الضياع مثل السجلات الحكومية و التاريخية.
و على عكس وسائط التخزين الحالية مثل الأقراص الصلبة و الأشرطة الممغنطة، فإن DNA، دعونا نسميها بمكتبة DNA، لا تحتاج إلى صيانة مستمرة.
ليست هذه هي المرة الأولى التي يتم تخزين بيانات رقمية داخل الحمض النووي. فعلى سبيل المثال، في العام الماضي قامت مجموعة أمريكية قامة بنشر نتائج تجربة مشابهة كثيراً في مجلة العلوم حيث استطاع الباحثون بتخزين كتاب بالكامل.
الدراسة الخاصة بمعهد المعلوماتية الحيوية استخدمت تقنيات مختلفة قليلاً لتحقيق أهدافها، و لكنه كان أعمق في بعض قضايا التطبيق العملي.
كيف يتم ذلك من الناحية العملية؟
الجزيء الحلزوني يحتوي على أربع مجموعات كيميائية، و التي عندما تكون مُرتبة بترتيب معين، تحمل التعليمات الوراثية التي يحتاج إليها الكائنات الحية للبناء و الحفاظ على نغسها. يستخدم نظام التخزين الجديد نفس المجموعات الأربع و لكن بلغة مختلفة تماماً عن تلك التي تفهمها الحياة.
لنسخ ملف رقمي، مثل مستند نص و صورة فلا بد من ترجمة الأرقام الثنائية (الآحاد و الأصفار) - التي تمثل تلك المعلومات على القرص الصلب - إلى الترميز المفصل الذي وضعه فريق البحث، آلة توليف قياسية للحمض النووي، التي تنتج بعد ذلك التسلسل المقابل. و لكنها ليست جزيء واحد طويل، و إنما هي نسخ متعددة من الأجزاء المتداخلة، حيث يحمل كل جزء بعض تفاصيل الفهرسة التي تحدد مكان وجودها في السلسة الكلية.
و يعتبر هذا التكرار واحدة من أهم تقنيات المحافظة على البيانات من الضياع، فإذا تلف أحد الأجزاء يبقى هنالك أجزاء أخرى تحمل نفس البيانات. و لإعادة استرجان البيانات و قراءتها يتم استخدام نفس المعدات القياسية - المستخدمة في مختبرات البيولوجيا الجزيئية لقراءة الحمض النووي للكائنات الحية- لسحب المعلومات، حيث يمكن عرضها على شاشة الحاسوب مرة اخرى.
قام الباحثون بتخزين مجموعة من المعلومات و منها ملف نصي يحتوي على جميع سوناتات شكسبير و صورة بتنسيق jpg و غيرها من الملفات الرقمية بما يعادل اجمالي الحجم على محرك الأقراص حوالي 760 كيلوبايت. الحجم الفيزيائي الذي اُستُخدم لتخزين كل هذه البيانات ليس أكبر من ذرة غبار. و تستغرق مدة قراءة البيانات من الحمض النووي حوالي اسبوعين بتكلفة تصل إلى 10,000 دولار أمريكي.
و أفاد ديفيد هاوسلير- اختصاصي بعلم الوراثة وعالم الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، الذي لم يشارك في الدراسة - بأن تكنولوجيا القراءة و الكتابة تحسنت ل 10,000 ضعف على مدى السنوات الثماني الماضية و من المرجح أن يواصل التحسين بسرعة أكبر، و من المتوقع في غضون 10 سنوات أن تبدأ تقنية ال DNA التخزينية و أن تحل محل الأشرطة الممغنطة.
القُدرة التخزينية
و قال أحد أعضاء الفريق نيك جولدمان بأن الجزء يستطيع تخزين كمية هائلة لا تُصدق من البيانات، و أضاف إلى أن غراماً واحداً من الحمض النووي لديها قدرة استيعابية ل 2 بيتا بايت من البيانات أي ما يقابل مليون جيجا بايت (1000 تيرابايت) . رقم مخيف أليس كذلك؟
مخاطر صحية
و لكن ماذا لو تم إدراج هذا الحمض النووي - الذي تم تخزين بيانات رقمية به - في جينيوم حي بطريق الخطأ، ماذا سيحدث؟ حسب ما أفاد به د. جولدمان بأن عملية الإدراج لن تحدث و لن تتم لأن خلايا الجسم لن تفهم ما تحتويه هذه الجزيئات، و سيتخلص منها الجسم تماماً و يعتبرها جسم غريب.
////////////////////////////////
تعتزم شركة (IBM) الأميركية المعروفة ابتكار جيل جديد من أجهزة الكمبيوتر تعمل بنفس نظام ونمط العقل البشري، حيث ستتضمن "دماءً إلكترونية" تسري في الجهاز بنفس طريقة عمل الدماء التي يقوم القلب بضخها في دماغ الإنسان حتى تعمل، فيما ستكون هذه الأجهزة "سوبر كمبيوتر" وتستهلك في الوقت نفسه كمية من الطاقة أقل بكثير من تلك المستخدمة في الحواسيب التقليدية.
وكشفت شركة (IBM) عن النسخة التجريبية من الحواسيب التي تعمل بنظام "العقل البشري" وهي أجهزة كمبيوتر لديها سرعة وفعالية أكبر بعشرة آلاف مرة من الأجهزة التقليدية.
وقال متحدث باسم الشركة إن متطلبات توفير الطاقة التي أصبحت ذات أهمية بالغة في عالم اليوم ستتوفر في هذا الجيل الجديد من الحواسيب، مشيراً الى أن عقل الإنسان يعمل بطاقة تعادل 20 واط من الكهرباء، وهي الطاقة التي نحتاجها لتشغيل ضوء خافت فقط، وبنفس الطريقة سوف يتم إنتاج الجيل الجديد من الأجهزة بحيث يعمل بقدرات فائقة ويستهلك قدراً قليلاً من الطاقة.
وقال مدير البحوث في شركة (IBM) الدكتور ماثياس كيسورث: "نحن نحتاج لأن نفهم كيف يعمل عقل الإنسان وكيف يقوم باستخدام الطاقة بفعالية عالية، فإذا تمكنا من فهم ذلك سيكون بمقدورنا بناء أجهزة كمبيوتر أفضل".
ويقول العلماء القائمون على الجهاز الجديد إنه سيعطي سرعة وفعالية أكبر بعشرة آلاف مرة من الأجهزة التقليدية، كما أنه سيعتمد على رقائق الكترونية متناهية الصغر، بما يمكن الشركة من صناعته بحجم أصغر بكثير من الأجهزة التقليدية المتوافرة حالياً.
ومن المتوقع أن يشكل جهاز الكمبيوتر الجديد نقلة نوعية في عالم تكنولوجيا المعلومات، كما أنه سيوفر كميات ضخمة من الطاقة التي يتم استهلاكها في أجهزة الكمبيوتر العملاقة، بما سينعكس على الأداء الاقتصادي للشركات والدول في آن واحد.
تعليقات
إرسال تعليق