All the World’s Data Could Fit in an Egg

世界の全情報をタマゴ1個に DNAストレージ

By James E. Dahlman J. E. ダールマン
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Billions of years before humans developed hard drives, evolution chose DNA to store its most precious infor­mation: the genetic code. Over time DNA became so proficient at this task that every known life-form on earth uses it. With recent techno­logical breakthroughs that allow us to easily “read” and “write” DNA, scientists are now repurposing this age-old molecule to store new types of information—the kind that humans are gener­ating at an exponential rate in the age of big data.  人間がハードディスクを発明する何十億年も前に,進化はその最重要情報,つまり遺伝暗号を保存するのにDNAを選んだ。DNAはやがてこの作業に熟達し,地球上のあらゆる生命体がこれを利用するに至っている。近年の技術革新でDNAの「読み取り」と「書き込み」が容易になったことから,科学者はこの古くからの分子を新タイプの情報の保存に応用しようとしている。ビッグデータ時代にあって爆発的に作り出されている膨大な情報だ。
The concept of repurposing DNA to store information beyond genetic code has been discussed extensively. After all, the 1s and 0s of computer code are bumping up against the limits of physics. One of the challenges to safely storing all the data we create was exposed recently, when Myspace—once the most popular social network—announced that a decade’s worth of data may have been irreparably lost in a server-migration project. The long-term protection of data, like those of a Web site that rebooted after a period of dormancy, exposes where existing technologies are vulnerable and clunky. And it’s not just a spatial problem: significant energy is needed to maintain data storage.  DNAを遺伝暗号だけでなく情報一般の記録に応用する発想は広く検討されてきた。コンピューターのデジタル情報は結局,物理的な壁に突き当たりつつある。また,生み出された全データを安全に保管するのも容易ではない。かつて最も人気のあったソーシャル・ネットワーク・サービスのMyspace(マイスペース)が最近,サーバー移行作業中に10年分のデータを消失し修復不能であると発表したのが一例だ。休眠ウェブサイトの再立ち上げの際など,データの長期保護は既存技術の脆弱性と欠陥を露呈する。そしてデータ記録装置が抱えているのは空間的な問題にとどまらない。データの維持にはかなりのエネルギーを要する。
The properties of DNA have the potential to get around these issues. For one thing, DNA’s double-helix structure is perfectly suited for information storage because knowing the sequence of one strand automatically tells you the sequence of the other strand. DNA is also stable for extended periods, which means the integrity and accuracy of information can be maintained. For example, in 2017 scientists analyzed DNA isolated from human remains that were 8,100 years old. These remains were not even stored in ideal conditions the entire time. If kept in a cool, dry environment, DNA can almost certainly last tens of thousands of years. DNA is also stable for long stretches, which means the integrity and accuracy of information can be maintained.  DNAの特性はこれらの問題を回避できる可能性を秘めている。DNAは二重らせん構造をしていて,一方の鎖の塩基配列がわかれば対となる鎖の配列も自動的にわかるので,情報の保存に最適だ。またDNAは長期間安定しており,情報の完全性と正確さを維持できる。一例を挙げると,8100年前の人骨から分離されたDNAが2017年に解析された。この遺物は理想的とはいえない状態で保存されていたものだ。低温で乾燥した環境で保存されていれば,DNAが何万年ももつのはほぼ確実といえる。情報を完全な状態で正確に維持できる。
Perhaps the most compelling aspect of the double helix, however, is that it can fold into an extraordinarily dense structure. For comparison, every individual human cell contains a nucleus with a diameter of approximately 0.00001 meter. Yet if the DNA inside a single nucleus was stretched out, it would reach two meters. Put another way, if the DNA in a person was strung together, it would extend 100 trillion meters. In 2014 scientists calculated that it is theoretically possible to store 455 exabytes of data in a single gram of DNA. This information-storage density is about a millionfold higher than the physical storage density in hard drives.  だが最も魅力的な特徴は,DNA二重らせんが非常に稠密な構造に折りたたまれるという点だ。人間の細胞には直径約0.00001mの細胞核があるが,1個の細胞核の内部にあるDNAをまっすぐに伸ばすと長さが2mに達する。別の言い方をすると,1人の人間の体内にあるDNAを全部つなげると100兆mになる。2012年に科学者が試算したところによると,理論上はたった1gのDNAに455エクサバイト(4550億ギガバイト)のデータを保存できる。この情報記録密度はハードディスクの物理的記録密度の100万倍だ。