How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

翻訳: Yasushi Aoki 校正: Midori T

I could fit all movies ever made inside of this tube.

これまでに作られた映画すべてを このチューブに収めることができます

If you can't see it, that's kind of the point.

もし見えないようでしたら そこがポイントです

(Laughter)

(笑)

Before we understand how this is possible,

どうやってそんなことが 可能なのか理解する前に

it's important to understand the value of this feat.

それにどんな価値があるのか 理解することが大切です

今では写真やビデオなどの形で

All of our thoughts and actions these days,

through photos and videos --

私達の考えや行動や

even our fitness activities --

やった運動の詳細まで

are stored as digital data.

デジタルデータとして 保存されています

Aside from running out of space

携帯の記憶容量を

on our phones,

使い切ってしまうことを 別にすれば

we rarely think about our digital footprint.

デジタルデータの大きさを 気にすることは滅多にありません

But humanity has collectively generated more data

人類はこの数年だけで

それ以前のすべての時代を 合わせたよりも

in the last few years

than all of preceding human history.

多くのデータを 生成しました

Big data has become a big problem.

ビッグデータは今や 大きな問題となっています

Digital storage is really expensive,

デジタル記憶装置は 高価だし

本当に時の試練を経た 装置というのはありません

and none of these devices that we have really stand the test of time.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

インターネットアーカイブという 非営利のウェブサイトがあって

In addition to free books and movies,

本や映画が無料で 提供されているだけでなく

you can access web pages as far back as 1996.

1996年まで遡って 古いウェブページが見られます

Now, this is very tempting,

とても魅惑的なものですが 私はできたばかりの頃の

but I decided to go back and look at the TED website's very humble beginnings.

慎ましやかなTEDのウェブサイトを 見てみることにしました

As you can see, it's changed quite a bit in the last 30 years.

ご覧のように 30年の間に 多くの変化がありました

So this led me to the first-ever TED,

そして1984年に行われた

back in 1984,

第１回のTEDの様子を 見たのですが

and it just so happened to be a Sony executive

それは たまたま ソニーの重役が

explaining how a compact disk works.

コンパクトディスクの仕組みを 説明しているものでした

(Laughter)

(笑)

Now, it's really incredible to be able to go back in time

時を遡って その瞬間を 見られるというのは

and access this moment.

本当にすごいことです

It's also really fascinating that after 30 years, after that first TED,

そして最初のTEDから 30年経った今

we're still talking about digital storage.

相変わらずデジタル記憶の話を しているのも面白いことです

Now, if we look back another 30 years,

さらに30年遡った 1956年に

IBM released the first-ever hard drive

IBMが最初のハードドライブを

back in 1956.

発売しました

Here it is being loaded for shipping in front of a small audience.

これは出荷するための 積み込み作業をしているところです

It held the equivalent of one MP3 song

容量はMP3ファイル １曲分程度で

and weighed over one ton.

重量は１トン以上ありました

At 10,000 dollars a megabyte,

メガバイトあたり １万ドルでは

I don't think anyone in this room would be interested in buying this thing,

ここにいる誰も 買おうとは思わないでしょう

except maybe as a collector's item.

骨董品としてなら 欲しいかもしれませんけど

But it's the best we could do at the time.

当時としてはそれが 最先端だったのです

We've come such a long way in data storage.

その後多くのことが為され

Devices have evolved dramatically.

記憶装置は劇的に 進化しました

But all media eventually wear out or become obsolete.

でも どの記憶媒体にせよ やがては古び 廃れていきます

If someone handed you a floppy drive today to back up your presentation,

プレゼンファイルをコピーするよう フロッピーを渡されたところで

you'd probably look at them kind of strange, maybe laugh,

奇妙なこととして 笑いはしても

but you'd have no way to use the damn thing.

実際に使うことは できないでしょう

These devices can no longer meet our storage needs,

データ記憶のニーズには もはや合わなくなりました

although some of them can be repurposed.

コースターになら 使えるかもしれませんが

All technology eventually dies or is lost,

どんな技術もやがて

我々のデータや記憶と共に

along with our data,

all of our memories.

失われてしまいます

There's this illusion that the storage problem has been solved,

記憶装置の問題は解決されたかのような 幻想がありますが

but really, we all just externalize it.

単に問題を外に 出しただけです

We don't worry about storing our emails and our photos.

メールや写真は クラウドにあり

They're just in the cloud.

保存先に悩むことは ありません

But behind the scenes, storage is problematic.

でもその裏では 記憶装置の問題は 依然としてあります

After all, the cloud is just a lot of hard drives.

クラウドだって たくさんの ハードドライブにすぎないんですから

Now, most digital data, we could argue, is not really critical.

デジタルデータの多くは そう重要ではないでしょう

Surely, we could just delete it.

単に削除してしまう こともできます

But how can we really know what's important today?

でも どれが重要なのか 今の時点で 本当に分かるものでしょうか？

We've learned so much about human history

私達は人類の歴史について 多くのことを

from drawings and writings in caves,

洞窟の壁画や

from stone tablets.

石版から学びました

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

ロゼッタストーンから 言語の解読をしました

You know, we'll never really have the whole story, though.

すべてが分かることは 決してないのでしょうけど

Our data is our story,

データは我々の物語を 記すものであり

even more so today.

今日ではなおさら そうなのです

We won't have our record recorded on stone tablets.

私達はもはや 石版に記録はしません

But we don't have to choose what is important now.

何が重要かを今 判断する必要はないんです

There's a way to store it all.

すべてのデータを保存する 方法がありますから

It turns out that there's a solution that's been around

答えは何十億年も前から あったんです

for a few billion years,

and it's actually in this tube.

このチューブの中に

DNA is nature's oldest storage device.

DNAは自然が生み出した 最古の記憶装置です

After all, it contains all the information necessary

人間を作り出し 維持するために必要な

to build and maintain a human being.

すべての情報を 保持しています

But what makes DNA so great?

でもDNAの何が そんなにすごいのでしょう？

Well, let's take our own genome

私達のゲノムを例に 見てみましょう

as an example.

If we were to print out all three billion A's, T's, C's and G's

30億のA、T、C、Gの文字を

on a standard font, standard format,

普通のフォント 普通の書式で印刷し

and then we were to stack all of those papers,

その紙を積み上げたなら

it would be about 130 meters high,

130mの高さになります

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

自由の女神と ワシントン記念塔の 中間位の高さです

Now, if we converted all those A's, T's, C's and G's

このA、T、C、Gを

to digital data, to zeroes and ones,

0と1のデジタルデータに 変換したら

it would total a few gigs.

数ギガになります

And that's in each cell of our body.

それが私達の体の 各細胞の中にあるんです

We have more than 30 trillion cells.

私達には30兆以上の 細胞があります

You get the idea:

お分かりでしょう

DNA can store a ton of information in a minuscule space.

DNAは膨大な情報を ごく小さなスペースに収められるんです

DNA is also very durable,

DNAは耐久性も高く

and it doesn't even require electricity to store it.

データの保存に 電力もいりません

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

そう分かるのも 実際に 何十万年前の人類のDNAが

that lived hundreds of thousands of years ago.

科学者により 復元されているからです

One of those is Ötzi the Iceman.

そのような例として 「アイスマン」がいますが

Turns out, he's Austrian.

オーストリア人だったことが 分かっています

(Laughter)

(笑)

He was found high, well-preserved,

良い保存状態で

in the mountains between Italy and Austria,

イタリアとオーストリアの境の 山中で発見され

and it turns out that he has living genetic relatives here in Austria today.

遺伝的に近い人がオーストリアに 存命であることも分かりました

So one of you could be a cousin of Ötzi.

皆さんの中にアイスマンの 従兄弟がいるかも

(Laughter)

(笑)

The point is that we have a better chance of recovering information

つまりは 古い携帯よりも

大昔の人類からの方が

from an ancient human

情報を引き出せる可能性が 高いんです

than we do from an old phone.

It's also much less likely that we'll lose the ability to read DNA

それにDNAを読み取る手立てが 失われる可能性は

どんな人工の装置よりも 低いでしょう

than any single man-made device.

Every single new storage format requires a new way to read it.

新しい記憶方式は 新しい読み取り手段を必要とします

We'll always be able to read DNA.

DNAなら常に 読み取ることができるでしょう

If we can no longer sequence, we have bigger problems

DNAが読み取れなく なったとしたら

than worrying about data storage.

データの保存よりも ずっと大きな問題を 抱えていることになります

Storing data on DNA is not new.

DNAにデータを保存するというのは 新しいことではありません

Nature's been doing it for several billion years.

自然界では数十億年前から 行われています

In fact, every living thing is a DNA storage device.

実のところ 生き物はみんな DNA記憶装置だとも言えます

But how do we store data on DNA?

でも どうすればDNAに データを保存できるのでしょう？

This is Photo 51.

これは「写真51」です

It's the first-ever photo of DNA,

60年ほど前に撮られた

最初のDNAの写真です

taken about 60 years ago.

This is around the time that that same hard drive was released by IBM.

IBMが最初のハードドライブを 発売したのと同じ頃です

So really, our understanding of digital storage and of DNA have coevolved.

デジタル記憶装置とDNAの理解は 共に進展してきたのです

We first learned to sequence, or read DNA,

まずDNAを読み取る 方法が分かり

and very soon after, how to write it,

その後間もなく 書き込む方法

or synthesize it.

合成する方法が 分かりました

This is much like how we learn a new language.

これは私達が新しい言語を 学ぶやり方に似ています

And now we have the ability to read, write and copy DNA.

私達はDNAの 読み 書き コピーが できるようになりました

We do it in the lab all the time.

実験室で絶えず 行われていることです

So anything, really anything, that can be stored as zeroes and ones

デジタルで保存できるものなら 何であれ

can be stored in DNA.

DNAに保存できます

To store something digitally, like this photo,

この写真のようなものを デジタルデータとして保存するには

we convert it to bits, or binary digits.

ビットに変換します

Each pixel in a black-and-white photo is simply a zero or a one.

白黒写真の各ピクセルが 0か1になります

And we can write DNA much like an inkjet printer can print letters on a page.

DNAに書き込むのは インクジェットプリンターで 文字を印刷するのと似たようなものです

We just have to convert our data, all of those zeroes and ones,

基本的には デジタルデータの0と1を

to A's, T's, C's and G's,

A、T、C、Gに変換すれば

and then we send this to a synthesis company.

あとはDNA合成を行う会社が やってくれます

So we write it, we can store it,

そのようにしてDNAへの データの保存ができ

and when we want to recover our data, we just sequence it.

データを取り出したいときは DNAを解読すればいいのです

Now, the fun part of all of this is deciding what files to include.

さて 楽しいのは どんなファイルを 入れるか決める部分です

We're serious scientists, so we had to include a manuscript

真面目な科学者としては

後世のためになる論文を 入れたいと思いました

for good posterity.

We also included a $50 Amazon gift card --

それから 50ドル分の Amazonギフトカードも—

don't get too excited, it's already been spent, someone decoded it --

と言っても 使用済みのものから 取り出したコードです

as well as an operating system,

それにオペレーティングシステムと

one of the first movies ever made

史上最初の映画と

and a Pioneer plaque.

パイオニア探査機の金属板も—

Some of you might have seen this.

見たことのある人も いるでしょう

It has a depiction of a typical -- apparently -- male and female,

典型的と思われる 男女の姿と

and our approximate location in the Solar System,

太陽系内での地球の位置が 描かれています

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

パイオニア号が地球外生命体に 遭遇したときのために用意されたものです

So once we decided what sort of files we want to encode,

どんなファイルを 入れたいか決めたら

we package up the data,

データをまとめて

convert those zeroes and ones to A's, T's, C's and G's,

0と1を A、T、C、Gに変換し

and then we just send this file off to a synthesis company.

DNA合成会社に送ります

And this is what we got back.

するとこういうのが 返ってきます

Our files were in this tube.

私達のファイルが このチューブの中にあります

All we had to do was sequence it.

DNAを解読すれば 読み出すことができます

This all sounds pretty straightforward,

簡単なことに聞こえますが

but the difference between a really cool, fun idea

いかした楽しいアイデアと

and something we can actually use

実際に使えるものの間には

is overcoming these practical challenges.

越えるべき難題があります

Now, while DNA is more robust than any man-made device,

DNAは人間の作った装置よりも 丈夫ですが

it's not perfect.

完璧ではなく

It does have some weaknesses.

弱点もあります

We recover our message by sequencing the DNA,

DNAを解読することで データを読み出しますが

and every time data is retrieved,

データを読み出すたびに

we lose the DNA.

そのDNAは失われてしまいます

That's just part of the sequencing process.

解読の過程で そうなってしまうのです

We don't want to run out of data,

データがなくなるのは困ります

but luckily, there's a way to copy the DNA

でも さいわいにDNAを コピーする方法があり

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

合成よりも 簡単で安価にできます

We actually tested a way to make 200 trillion copies of our files,

私達は実際に200兆個の コピーを作り

and we recovered all the data without error.

すべてのデータを 誤りなく取り出せました

So sequencing also introduces errors into our DNA,

解読の過程でも

誤りが持ち込まれる 可能性があります

into the A's, T's, C's and G's.

Nature has a way to deal with this in our cells.

自然界は細胞内で この問題に対処しています

But our data is stored in synthetic DNA in a tube,

私達のデータはチューブの中の 合成DNAに保存されているので

so we had to find our own way to overcome this problem.

この問題を克服する方法を 見付ける必要がありました

We decided to use an algorithm that was used to stream videos.

私達は動画のストリーミングに使われる アルゴリズムを使うことにしました

When you're streaming a video,

動画のストリーミングで 行われるのは

you're essentially trying to recover the original video, the original file.

基本的には 元の動画ファイルの復元です

When we're trying to recover our original files,

私達が元のファイルを 復元するときには

we're simply sequencing.

DNAの解読をします

But really, both of these processes are about recovering enough zeroes and ones

どちらもやっているのは

データを元に戻すのに十分な0と1を 復元するということです

to put our data back together.

And so, because of our coding strategy,

採用した符号化方式のおかげで

we were able to package up all of our data

データをひとまとめにして

in a way that allowed us to make millions and trillions of copies

何億何兆というコピーを作り

and still always recover all of our files back.

すべてのファイルを 常に復元することができました

This is the movie we encoded.

これは私達が DNAに記録した映画です

It's one of the first movies ever made,

最初に作られた映画の１つですが

and now the first to be copied more than 200 trillion times on DNA.

今やDNAで200兆個以上のコピーが作られた 最初の映画となりました

Soon after our work was published,

この研究を発表してすぐ

we participated in an "Ask Me Anything" on the website reddit.

Redditでみんなの質問に答えました

If you're a fellow nerd, you're very familiar with this website.

オタクの皆さんには お馴染みのサイトですね

Most questions were thoughtful.

質問の多くは 考え深いものでしたが

Some were comical.

中には滑稽なものも ありました

For example, one user wanted to know when we would have a literal thumb drive.

たとえば本物の「親指（サム）ドライブ」は いつ実現されるのかとか

Now, the thing is,

DNAは既に 人間を作るのに必要な

our DNA already stores everything needed to make us who we are.

すべての情報を 保存しています

It's a lot safer to store data on DNA

データを合成DNAに 格納するというのは

in synthetic DNA in a tube.

すごく安全なことなのです

Writing and reading data from DNA is obviously a lot more time-consuming

DNAの読み書きには

ファイルをハードドライブに保存するよりも ずっと時間がかかります—

than just saving all your files on a hard drive --

for now.

今のところは

So initially, we should focus on long-term storage.

だから当面は 長期保存用途になるでしょう

Most data are ephemeral.

データの多くは短命です

It's really hard to grasp what's important today,

今日重要なものが何か

将来の世代にとって重要なものが何か 把握するのは難しいことです

or what will be important for future generations.

But the point is, we don't have to decide today.

でもそれを 今 判断する必要はないんです

There's this great program by UNESCO called the "Memory of the World" program.

ユネスコは「世界の記憶」という 素晴らしいプログラムを行っています

It's been created to preserve historical materials

人類にとって価値ある 歴史資料を

that are considered of value to all of humanity.

保存するための活動です

Items are nominated to be added to the collection,

コレクションに追加すべきものの 推薦を受け付けていて

including that film that we encoded.

お見せした映画も それに含まれています

While a wonderful way to preserve human heritage,

これは人類の遺産を保存する 素晴らしい方法ですが

it doesn't have to be a choice.

選択する必要はないんです

Instead of asking the current generation -- us --

将来何が重要になるか

現在の世代の 我々に聞く代わりに

what might be important in the future,

we could store everything in DNA.

すべてをDNAに 保存しておけばいいんです

Storage is not just about how many bytes

記憶手段で重要なのは 容量だけでなく

but how well we can actually store the data and recover it.

どれほどうまく格納と復元ができるか ということもあります

There's always been this tension between how much data we can generate

どれほどのデータを 生成・復元・保存できるのか—

and how much we can recover

この３つの間には 常に対立する部分があります

and how much we can store.

Every advance in writing data has required a new way to read it.

データを書き込む方法が進歩すれば それを読み取る新たな方法も必要になります

We can no longer read old media.

古い媒体は 読めなくなってしまいます

How many of you even have a disk drive in your laptop,

ノートPCではディスク装置も あまり見なくなりました

フロッピーは問題外です

never mind a floppy drive?

This will never be the case with DNA.

DNAに関しては そんなことにはなりません

As long as we're around, DNA is around,

人間がいる限り DNAは存在し

and we'll find a way to sequence it.

それが読めなくなることは ないでしょう

Archiving the world around us is part of human nature.

身の回りの世界の記録保管をするのは 人間の本性です

This is the progress we've made in digital storage in 60 years,

DNAについてようやく 理解し始めた頃から60年間で

at a time when we were only beginning to understand DNA.

デジタル記憶装置は かくも進歩しました

Yet, we've made similar progress in half that time with DNA sequencers,

DNA解読装置についても その半分の時間で同様の進歩がありましたが

and as long as we're around, DNA will never be obsolete.

人類がいる限り DNAが古びることはないのです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)