How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

Tradutor: David Serrano Jurado Revisora: Margarida Ferreira

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

Todos os filmes já feitos cabem neste tubo.

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

Se não o conseguem ver, é esse o objetivo.

(Laughter)

(Risos)

Before we understand how this is possible,

Antes de perceberem como isso é possível,

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

é importante perceber o valor deste feito.

All of our thoughts and actions these days,

Hoje em dia, todos os nossos pensamentos e ações

through photos and videos --

através de fotos e vídeos

even our fitness activities --

— mesmo o exercício físico —

are stored as digital data.

são guardados sob a forma de informações digitais.

Aside from running out of space

Além de o espaço estar a acabar nos nossos telemóveis,

on our phones,

we rarely think about our digital footprint.

raramente pensamos na nossa pegada digital.

But humanity has collectively generated more data

Mas a humanidade gerou coletivamente mais informações

in the last few years

nos últimos anos

than all of preceding human history.

do que jamais na história humana.

Big data has become a big problem.

Os "big data" tornaram-se num grande problema.

Digital storage is really expensive,

A armazenagem digital é muito cara,

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

e nenhum dos dispositivos que temos aguenta a passagem do tempo.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

Há um "website" sem fins lucrativos chamado Internet Archive.

In addition to free books and movies,

Além de livros e filmes

you can access web pages as far back as 1996.

podemos aceder a páginas "web" criadas desde 1996.

Now, this is very tempting,

Isto é muito tentador,

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

mas eu decidi recuar no tempo e ver o humilde "site" inicial do TED.

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

Como veem, mudou bastante nos últimos 30 anos.

So this led me to the first-ever TED,

Isto levou-me ao primeiro TED, em 1984

back in 1984,

and it just so happened to be a Sony executive

que, por acaso, era um executivo da Sony

explaining how a compact disk works.

a explicar como funcionava um CD.

(Laughter)

(Risos)

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

É realmente incrível poder voltar atrás no tempo

and access this moment.

e aceder a este momento.

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

É também fascinante que, após 30 anos, depois desse primeiro TED,

we're still talking about digital storage.

ainda falemos sobre armazenagem digital.

Now, if we look back another 30 years,

Se olharmos para 30 anos mais atrás,

IBM released the first-ever hard drive

a IBM lançou o primeiro disco rígido de sempre em 1956.

back in 1956.

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

Está aqui a ser carregado para embarque perante uma pequena audiência.

It held the equivalent of one MP3 song

Guardava o equivalente a uma música em MP3

and weighed over one ton.

e pesava uma tonelada.

At 10,000 dollars a megabyte,

A 10 000 dólares por "megabyte",

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

penso que ninguém nesta sala estaria interessado em comprá-lo,

except maybe as a collector's item.

exceto talvez como um artigo de coleção.

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

Mas é o melhor que se fazia naquele tempo.

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

Percorremos um caminho muito longo em armazenagem digital.

Devices have evolved dramatically.

Os equipamentos evoluíram drasticamente.

But all media eventually wear out or become obsolete.

Mas todos os meios se desgastam ou tornam-se obsoletos.

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

Se alguém vos desse hoje uma disquete para guardar a vossa apresentação,

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

estranhariam e olhariam para ele, talvez mesmo a sorrir,

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

mas não teriam qualquer forma de usá-la.

These devices can no longer meet our storage needs,

Estes equipamentos já não armazenam de acordo com as nossas necessidades,

although some of them can be repurposed.

embora alguns deles possam ter novos usos.

All technology eventually dies or is lost,

Toda a tecnologia acaba por morrer ou por se perder,

along with our data,

juntamente com as nossas informações,

all of our memories.

com todas as nossas memórias.

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

Temos a ilusão de que os problemas de armazenagem foram resolvidos

but really, we all just externalize it.

mas, na realidade, só os externalizamos.

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

Não nos preocupamos com a armazenagem dos nossos "emails" e fotos.

They're just in the cloud.

Eles estão na nuvem.

But behind the scenes, storage is problematic.

Mas nos bastidores, a armazenagem é problemática.

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

Na verdade, a nuvem não é mais do que muitos discos rígidos.

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

Podemos argumentar que a maioria das informações digitais não é crítica.

Surely, we could just delete it.

Claro que podíamos apagá-las.

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

Mas como podemos saber o que é importante hoje?

We've learned so much about human history

Aprendemos tanto acerca da história humana

from drawings and writings in caves,

a partir de desenhos e gravuras em grutas,

from stone tablets.

a partir de tábuas de pedra.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

Decifrámos línguas a partir da Pedra de Roseta.

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

Mas sabem, nunca saberemos a história toda.

Our data is our story,

As nossas informações são a nossa história,

even more so today.

ainda mais nos dias de hoje.

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

Não teremos o nosso registo gravado em tábuas de pedra.

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

Mas não temos de escolher agora o que é importante.

There's a way to store it all.

Há uma forma de guardar tudo.

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

Ao que parece, há uma solução há muito tempo,

for a few billion years,

há uns milhares de milhões de anos,

and it's actually in this tube.

e está neste tubo.

DNA is nature's oldest storage device.

O ADN é o instrumento mais antigo da Natureza.

After all, it contains all the information necessary

Afinal de contas, contém todas as informações necessárias

to build and maintain a human being.

para construir e manter um ser humano.

But what makes DNA so great?

Mas o que torna o ADN tão bom?

Well, let's take our own genome

Olhemos para o nosso ADN como um exemplo.

as an example.

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

Se pudéssemos imprimir todos os três mil milhões dos A, T, C e G

on a standard font, standard format,

num tipo de letra e formato padrão,

and then we were to stack all of those papers,

e se depois amontoássemos todos esses papéis,

it would be about 130 meters high,

atingiriam cerca de 130 metros de altura,

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

algo entre a Estátua da Liberdade e o Monumento a Washington.

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

Se convertêssemos todos esses A, T, C e G

to digital data, to zeroes and ones,

em informação digital — em zeros e uns —

it would total a few gigs.

atingiríamos alguns gigas.

And that's in each cell of our body.

Isso está dentro de cada célula do nosso corpo.

We have more than 30 trillion cells.

Temos mais de 30 biliões de células.

You get the idea:

Vocês já perceberam:

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

o ADN pode armazenar toneladas de informações num espaço minúsculo.

DNA is also very durable,

O ADN também é muito resistente,

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

e não precisa de eletricidade para armazenar.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

Sabemos disso porque os cientistas recuperaram ADN de antigos seres humanos

that lived hundreds of thousands of years ago.

que viveram há centenas de milhares de anos.

One of those is Ötzi the Iceman.

Um deles foi o Ötzi, o Homem das Neves.

Turns out, he's Austrian.

Pelos vistos, ele era austríaco.

(Laughter)

(Risos)

He was found high, well-preserved,

Foi encontrado bem preservado, a elevada altitude,

in the mountains between Italy and Austria,

nas montanhas entre a Itália e a Áustria,

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

e, ao que parece, ele tem parentes vivos aqui na Áustria.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

Por isso, um de vocês pode ser primo do Ötzi.

(Laughter)

(Risos)

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

A questão é que temos uma oportunidade melhor de recuperação de informações

from an ancient human

a partir de um ser humano antigo

than we do from an old phone.

do que de um telemóvel antigo.

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

É, também, muito menos provável que percamos a capacidade de ler o ADN,

than any single man-made device.

do que qualquer aparelho fabricado pelo homem.

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

Cada novo formato de armazenagem exige uma nova maneira para o ler.

We'll always be able to read DNA.

Sempre conseguiremos ler o ADN.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

Se não pudermos continuar a sequenciar, temos problemas maiores

than worrying about data storage.

do que nos preocuparmos com a armazenagem de dados.

Storing data on DNA is not new.

Armazenar dados no ADN não é novo.

Nature's been doing it for several billion years.

A Natureza tem feito isso há milhares de milhões de anos.

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

De facto, todos os seres vivos

são um dispositivo de armazenagem de ADN.

But how do we store data on DNA?

Mas como armazenamos dados no ADN?

This is Photo 51.

Esta é a Foto 51.

It's the first-ever photo of DNA,

É a primeira foto de ADN,

taken about 60 years ago.

feita há cerca de 60 anos.

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

Foi nessa época que a IBM lançou esse mesmo disco rígido.

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

A nossa compreensão do digital, da armazenagem e do ADN evoluíram.

We first learned to sequence, or read DNA,

Primeiro aprendemos a sequenciar ou ler o ADN

and very soon after, how to write it,

e, logo depois, a escrevê-lo ou a sintetizá-lo.

or synthesize it.

This is much like how we learn a new language.

É assim que aprendemos uma nova linguagem.

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

Agora conseguimos ler, escrever e copiar o ADN.

We do it in the lab all the time.

Estamos sempre a fazer isso no laboratório.

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

Então qualquer coisa que possa ser armazenada como zeros e uns

can be stored in DNA.

pode ser armazenada no ADN.

To store something digitally, like this photo,

Para armazenar algo digitalmente, como esta foto,

we convert it to bits, or binary digits.

nós convertemo-la em "bits", ou seja, dígitos binários.

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

Cada pixel numa foto a preto e branco é simplesmente um zero ou um um.

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

Podemos escrever no ADN

tal como uma impressora de jato de tinta pode imprimir letras numa página.

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

Apenas temos de converter os dados, todos esses zeros e uns,

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

em A, T, C e G,

and then we send this to a synthesis company.

e depois enviar isso para uma empresa de síntese.

So we write it, we can store it,

Assim, nós escrevemos, podemos armazená-lo,

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

e quando quisermos recuperar os dados, basta-nos sequenciá-los.

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

A parte divertida de tudo isto é decidir quais os ficheiros a incluir.

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

Somos cientistas sérios, tivemos de incluir um manuscrito

for good posterity.

para uma boa posteridade.

We also included a $50 Amazon gift card --

Também incluímos um cartão-presente da Amazon de 50 dólares

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

— não fiquem muito animados, já foi gasto, alguém o descodificou —

as well as an operating system,

bem como um sistema operativo,

one of the first movies ever made

um dos primeiros filmes feitos

and a Pioneer plaque.

e uma placa Pioneer.

Some of you might have seen this.

Alguns de vocês podem ter visto isso.

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

Tem a representação de um homem e mulher — supostamente típicos —

and our approximate location in the Solar System,

e a nossa localização aproximada no sistema solar,

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

no caso de a sonda Pioneer encontrar extraterrestres.

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

Depois de decidimos que tipo de arquivo queremos codificar,

we package up the data,

empacotamos os dados,

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

convertemos os zeros e uns em A, T, C e G,

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

e depois enviamos esse arquivo para uma empresa de síntese.

And this is what we got back.

E foi isto o que nos devolveram.

Our files were in this tube.

Os nossos ficheiros estavam neste tubo.

All we had to do was sequence it.

Tudo o que tivemos de fazer foi sequenciá-los.

This all sounds pretty straightforward,

Isso tudo parece muito fácil,

but the difference between a really cool, fun idea

mas a diferença entre uma ideia muito fixe e divertida

and something we can actually use

e algo que realmente possamos usar

is overcoming these practical challenges.

está a ignorar os desafios práticos.

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

Embora o ADN seja mais robusto

do que qualquer dispositivo feito pelo homem,

it's not perfect.

não é perfeito.

It does have some weaknesses.

Tem algumas fragilidades.

We recover our message by sequencing the DNA,

Recuperamos a nossa mensagem sequenciando o ADN,

and every time data is retrieved,

mas, sempre que os dados são recuperados,

we lose the DNA.

perdemos o ADN.

That's just part of the sequencing process.

Isso é apenas uma parte do processo de sequenciamento.

We don't want to run out of data,

Não queremos ficar sem dados,

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

Felizmente, há uma maneira de copiar o ADN

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

o que ainda é mais barato e fácil do que sintetizá-lo.

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

Testámos uma maneira de fazer 200 biliões de cópias dos ficheiros,

and we recovered all the data without error.

e recuperámos todos os dados sem erros.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

O sequenciamento também introduz erros no ADN,

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

nos A, T, C e G.

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

A Natureza tem uma forma de lidar com isso nas nossas células.

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

Mas os nossos dados são armazenados no ADN sintético num tubo,

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

por isso tivemos de encontrar uma forma de superar esse problema.

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

Decidimos usar um algoritmo que era usado para transmitir vídeos.

When you're streaming a video,

Quando estamos a transmitir um vídeo,

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

estamos essencialmente a tentar recuperar o vídeo original, o ficheiro original.

When we're trying to recover our original files,

Quando estamos a tentar recuperar os nossos ficheiros originais,

we're simply sequencing.

estamos a sequenciar.

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

Mas esses dois processos tratam de recuperar suficientes zeros e uns

to put our data back together.

para reunir os nossos dados.

And so, because of our coding strategy,

E assim, devido à nossa estratégia de codificação,

we were able to package up all of our data

conseguimos empacotar todos os nossos dados

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

de um modo que nos permitiu fazer milhões e biliões de cópias

and still always recover all of our files back.

e ainda recuperamos sempre todos os nossos arquivos.

This is the movie we encoded.

Este é o filme que codificámos.

It's one of the first movies ever made,

É um dos primeiros filmes feitos,

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

e agora o primeiro a ser copiado mais de 200 biliões de vezes em ADN.

Soon after our work was published,

Pouco depois de o nosso trabalho ter sido publicado,

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

participámos num "Ask Me Anything" no "site reddit".

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

Quem é fanático da informática conhece bem este "site".

Most questions were thoughtful.

A maioria das perguntas foram ponderadas.

Some were comical.

Algumas eram cómicas.

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

Por exemplo, um utilizador queria saber quando teríamos uma "pen drive" literal.

Now, the thing is,

Agora, a questão é que

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

o nosso ADN já armazena tudo o necessário para fazer de nós quem somos.

It's a lot safer to store data on DNA

É muito mais seguro armazenar dados no ADN

in synthetic DNA in a tube.

no ADN sintético num tubo.

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

Escrever e ler dados do ADN é obviamente muito mais demorado

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

do que gravar todos os ficheiros num disco rígido

for now.

— por enquanto.

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

Inicialmente, devemos concentrar-nos na armazenagem a longo prazo.

Most data are ephemeral.

A maioria dos dados são efémeros.

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

É realmente difícil perceber o que é importante hoje,

or what will be important for future generations.

ou o que será importante para as gerações futuras.

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

Mas a questão é que não temos de decidir hoje.

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

Há um ótimo programa da UNESCO chamado "Memória do Mundo".

It's been created to preserve historical materials

Foi criado para preservar materiais históricos

that are considered of value to all of humanity.

que são considerados de valor para toda a humanidade.

Items are nominated to be added to the collection,

Os itens são nomeados para serem adicionado à coleção,

including that film that we encoded.

incluindo o filme que codificámos.

While a wonderful way to preserve human heritage,

Embora seja uma maneira maravilhosa de preservar o património humano,

it doesn't have to be a choice.

não precisa de ser uma escolha.

Instead of asking the current generation -- us --

Em vez de perguntarmos à geração atual — nós —

what might be important in the future,

o que pode ser importante no futuro,

we could store everything in DNA.

podíamos armazenar tudo no ADN.

Storage is not just about how many bytes

A armazenagem não é apenas a quantidade de "bytes",

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

é também até que ponto podemos armazenar bem os dados e recuperá-los.

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

Sempre houve esta tensão entre a quantidade de dados

que podemos gerar e quanto podemos recuperar

and how much we can recover

and how much we can store.

e quanto podemos armazenar.

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

Cada avanço na gravação de dados exigiu uma nova maneira de lê-los.

We can no longer read old media.

Já não podemos ler "media" antigos.

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

Quem aqui ainda tem uma unidade de disco no seu portátil,

never mind a floppy drive?

para não falar de uma unidade de disquete?

This will never be the case with DNA.

Isso nunca acontecerá com o ADN.

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

Enquanto estivermos por aí, o ADN estará por aí,

and we'll find a way to sequence it.

e vamos encontrar uma maneira de sequenciá-lo.

Archiving the world around us is part of human nature.

Arquivar o mundo à nossa volta faz parte da natureza humana.

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

Este é o progresso que fizemos em armazenagem digital em 60 anos,

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

numa época em que estávamos apenas a começar a entender o ADN.

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

No entanto, fizemos progressos semelhantes em metade desse tempo

com os sequenciadores de ADN

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

e, enquanto estivermos por aqui, o ADN nunca será obsoleto.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)