以下文章經許可轉載自The Conversation，這是一個報道最新研究的線上出版物。
人類正在以驚人的速度產生資料，以至於儲存技術無法跟上。每五年，我們產生的資料量就會增加 10 倍，包括照片和影片。並非所有資料都需要儲存，但資料儲存製造商生產硬碟和快閃記憶體晶片的速度不夠快，無法 容納我們想要保留的內容。既然我們不會停止拍照和錄製電影，我們就需要開發新的方法來儲存它們。
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千百年來，自然進化出一種令人難以置信的資訊儲存介質——DNA。它進化為儲存遺傳資訊，即構建蛋白質的藍圖，但 DNA 的用途遠不止於此。DNA 也比現代儲存介質密度更高：數十萬張 DVD 的資料可以裝在一個 火柴盒大小的 DNA 包裝中。DNA 也更加耐用——可以持續數千年——而今天的硬碟可能只能持續 數年或數十年。而且，雖然硬碟格式和連線標準會過時，但 DNA 永遠不會過時，至少只要有生命存在。
將數字資料儲存在 DNA 中的想法已經有 幾十年歷史了，但 哈佛大學和 歐洲生物資訊學研究所 最近的工作表明，現代 DNA 操作方法的進步可能使之在今天既可行又實用。許多研究小組，包括 蘇黎世聯邦理工學院、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校 和 哥倫比亞大學 的研究小組，都在研究這個問題。我們在華盛頓大學和微軟的 研究小組 保持著世界紀錄，即成功儲存在 DNA 中並從中檢索的資料量——200 兆位元組。
準備將位元轉化為原子
硬碟、U 盤或 DVD 等傳統介質透過改變材料的 磁性、電特性 或 光學特性 來儲存數字資料，從而儲存 0 和 1。
要將資料儲存在 DNA 中，概念是相同的，但過程是不同的。DNA 分子是由稱為核苷酸的較小分子組成的長序列——腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和鳥嘌呤，通常表示為 A、C、T 和 G。DNA 儲存不是像電子介質那樣建立 0 和 1 的序列，而是使用核苷酸的序列。
有幾種方法可以做到這一點，但總體思路是將數字資料模式分配給 DNA 核苷酸。例如，00 可以等同於 A，01 等同於 C，10 等同於 T，11 等同於 G。例如，要儲存圖片，我們從其作為數字檔案的編碼開始，例如 JPEG。該檔案本質上是一個長串的 0 和 1。假設檔案的前八位是 01111000；我們將它們分成對——01 11 10 00——它們分別對應於 C-G-T-A。這就是我們將核苷酸連線起來形成 DNA 鏈的順序。
數字計算機檔案可能非常大——即使是大型資料庫也可能達到太位元組大小。但是單個 DNA 鏈必須短得多——每個鏈只能容納大約 20 位元組。這是因為 DNA 鏈越長，化學合成就越困難。
因此，我們需要將資料分成更小的塊，並在每個塊中新增一個指示其在序列中位置的指示符。當需要讀取 DNA 儲存的資訊時，該指示符將確保所有資料塊保持正確的順序。
現在我們有了一個關於如何儲存資料的計劃。接下來我們必須實際去做。
儲存資料
在確定字母的排列順序後，DNA 序列透過化學反應逐個字母地製造出來。這些反應由裝置驅動，該裝置接收裝有 A、C、G 和 T 的瓶子，並將它們與液體溶液中的其他化學物質混合，以控制指定物理 DNA 鏈順序的反應。
這個過程為我們帶來了 DNA 儲存的另一個好處：備份副本。化學反應不是一次製造一條鏈，而是一次製造多條相同的鏈，然後再繼續製造該系列中下一條鏈的多個副本。
一旦 DNA 鏈被建立，我們需要保護它們免受 溼度和光照的損害。因此，我們將它們乾燥並放入容器中，使其保持低溫並阻擋水和光。
但是，只有當我們以後可以檢索儲存的資料時，儲存的資料才有用。
讀取回資料
要從儲存器中讀回資料，我們使用與 細胞基因組 DNA 分析完全相同的測序儀。這可以識別分子，為每個分子生成一個字母序列，然後我們將其解碼為 0 和 1 的二進位制序列。這個過程可能會在讀取時破壞 DNA——但這正是備份副本發揮作用的地方：每個序列都有許多副本。
如果備份副本耗盡，則很容易製作重複副本來重新填充儲存——就像自然界 一直複製 DNA 一樣。
目前，大多數 DNA 檢索系統都需要讀取儲存在特定容器中的所有資訊，即使我們只需要少量資訊。這就像讀取整個硬碟的資訊，只是為了找到一封電子郵件。我們已經開發了基於 經過充分研究的生物化學方法 的技術，使我們能夠 識別和讀取 使用者需要從 DNA 儲存中檢索的 特定資訊片段。
剩餘的挑戰
目前，DNA 儲存還處於實驗階段。在它變得普遍之前，它需要完全自動化，並且構建 DNA 和讀取 DNA 的過程都必須改進。它們都容易出錯且相對緩慢。例如，今天的 DNA 合成技術使我們能夠每秒寫入幾 百位元組；現代硬碟每秒可以寫入 數億位元組。一張普通的 iPhone 照片需要幾個小時才能儲存在 DNA 中，儘管在手機上儲存或傳輸到電腦上不到一秒鐘。
這些都是重大的挑戰，但我們很樂觀，因為所有相關技術都在快速進步。此外，DNA 資料儲存不需要生物學所需的完美精度，因此研究人員很可能會找到更便宜、更快捷的方法來將資訊儲存在自然界最古老的資料儲存系統中。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。