以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
人类正在以惊人的速度产生数据，以至于存储技术无法跟上。每五年，我们产生的数据量就会增加 10 倍，包括照片和视频。并非所有数据都需要存储，但数据存储制造商生产硬盘和闪存芯片的速度不够快，无法 容纳我们想要保留的内容。既然我们不会停止拍照和录制电影，我们就需要开发新的方法来保存它们。
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千百年来，自然进化出一种令人难以置信的信息存储介质——DNA。它进化为存储遗传信息，即构建蛋白质的蓝图，但 DNA 的用途远不止于此。DNA 也比现代存储介质密度更高：数十万张 DVD 的数据可以装在一个 火柴盒大小的 DNA 包装中。DNA 也更加耐用——可以持续数千年——而今天的硬盘可能只能持续 数年或数十年。而且，虽然硬盘格式和连接标准会过时，但 DNA 永远不会过时，至少只要有生命存在。
将数字数据存储在 DNA 中的想法已经有 几十年历史了，但 哈佛大学和 欧洲生物信息学研究所 最近的工作表明，现代 DNA 操作方法的进步可能使之在今天既可行又实用。许多研究小组，包括 苏黎世联邦理工学院、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 和 哥伦比亚大学 的研究小组，都在研究这个问题。我们在华盛顿大学和微软的 研究小组 保持着世界纪录，即成功存储在 DNA 中并从中检索的数据量——200 兆字节。
准备将比特转化为原子
硬盘、U 盘或 DVD 等传统介质通过改变材料的 磁性、电特性 或 光学特性 来存储数字数据，从而存储 0 和 1。
要将数据存储在 DNA 中，概念是相同的，但过程是不同的。DNA 分子是由称为核苷酸的较小分子组成的长序列——腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和鸟嘌呤，通常表示为 A、C、T 和 G。DNA 存储不是像电子介质那样创建 0 和 1 的序列，而是使用核苷酸的序列。
有几种方法可以做到这一点，但总体思路是将数字数据模式分配给 DNA 核苷酸。例如，00 可以等同于 A，01 等同于 C，10 等同于 T，11 等同于 G。例如，要存储图片，我们从其作为数字文件的编码开始，例如 JPEG。该文件本质上是一个长串的 0 和 1。假设文件的前八位是 01111000；我们将它们分成对——01 11 10 00——它们分别对应于 C-G-T-A。这就是我们将核苷酸连接起来形成 DNA 链的顺序。
数字计算机文件可能非常大——即使是大型数据库也可能达到太字节大小。但是单个 DNA 链必须短得多——每个链只能容纳大约 20 字节。这是因为 DNA 链越长，化学合成就越困难。
因此，我们需要将数据分成更小的块，并在每个块中添加一个指示其在序列中位置的指示符。当需要读取 DNA 存储的信息时，该指示符将确保所有数据块保持正确的顺序。
现在我们有了一个关于如何存储数据的计划。接下来我们必须实际去做。
存储数据
在确定字母的排列顺序后，DNA 序列通过化学反应逐个字母地制造出来。这些反应由设备驱动，该设备接收装有 A、C、G 和 T 的瓶子，并将它们与液体溶液中的其他化学物质混合，以控制指定物理 DNA 链顺序的反应。
这个过程为我们带来了 DNA 存储的另一个好处：备份副本。化学反应不是一次制造一条链，而是一次制造多条相同的链，然后再继续制造该系列中下一条链的多个副本。
一旦 DNA 链被创建，我们需要保护它们免受 湿度和光照的损害。因此，我们将它们干燥并放入容器中，使其保持低温并阻挡水和光。
但是，只有当我们以后可以检索存储的数据时，存储的数据才有用。
读取回数据
要从存储器中读回数据，我们使用与 细胞基因组 DNA 分析完全相同的测序仪。这可以识别分子，为每个分子生成一个字母序列，然后我们将其解码为 0 和 1 的二进制序列。这个过程可能会在读取时破坏 DNA——但这正是备份副本发挥作用的地方：每个序列都有许多副本。
如果备份副本耗尽，则很容易制作重复副本来重新填充存储——就像自然界 一直复制 DNA 一样。
目前，大多数 DNA 检索系统都需要读取存储在特定容器中的所有信息，即使我们只需要少量信息。这就像读取整个硬盘的信息，只是为了找到一封电子邮件。我们已经开发了基于 经过充分研究的生物化学方法 的技术，使我们能够 识别和读取 用户需要从 DNA 存储中检索的 特定信息片段。
剩余的挑战
目前，DNA 存储还处于实验阶段。在它变得普遍之前，它需要完全自动化，并且构建 DNA 和读取 DNA 的过程都必须改进。它们都容易出错且相对缓慢。例如，今天的 DNA 合成技术使我们能够每秒写入几 百字节；现代硬盘每秒可以写入 数亿字节。一张普通的 iPhone 照片需要几个小时才能存储在 DNA 中，尽管在手机上保存或传输到电脑上不到一秒钟。
这些都是重大的挑战，但我们很乐观，因为所有相关技术都在快速进步。此外，DNA 数据存储不需要生物学所需的完美精度，因此研究人员很可能会找到更便宜、更快捷的方法来将信息存储在自然界最古老的数据存储系统中。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。