How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Alena Moricheva

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

Я могла бы поместить все существующие кинофильмы внутрь этой пробирки.

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

Даже если вы ничего там не видите, в этом и есть фокус.

(Laughter)

(Смех)

Before we understand how this is possible,

До того как мы поймём, каким образом это осуществимо,

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

важно осознать ценность данного достижения.

All of our thoughts and actions these days,

В настоящее время все наши мысли, действия,

through photos and videos --

даже спортивная активность,

even our fitness activities --

хранятся в цифровом формате

are stored as digital data.

в виде фото- и видеофайлов.

Aside from running out of space

Помимо ситуаций, когда нам не хватает

on our phones,

памяти в смартфонах,

we rarely think about our digital footprint.

мы редко задумываемся о нашем цифровом следе.

But humanity has collectively generated more data

Но за последние несколько лет

in the last few years

человечество создало больше информации,

than all of preceding human history.

чем за всю предыдущую историю.

Big data has become a big problem.

Большие данные создали большие проблемы.

Digital storage is really expensive,

Хранение в цифровом формате на самом деле дорогое удовольствие,

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

и вряд ли какое-то из нынешних устройств выдержит испытание временем.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

Есть такой некоммерческий сайт — Internet Archive.

In addition to free books and movies,

Он даёт доступ не только к бесплатным книгам и фильмам,

you can access web pages as far back as 1996.

но и к веб-страницам, созданным в далёком 1996 году.

Now, this is very tempting,

Было трудно удержаться,

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

и я решила посмотреть на самые истоки сайта TED.

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

Очевидно, что за последние 30 лет он претерпел существенные изменения.

So this led me to the first-ever TED,

Это привело меня к самому первому TED,

back in 1984,

аж в 1984 год.

and it just so happened to be a Sony executive

Это оказлось выступление исполнительного директора Sony,

explaining how a compact disk works.

объяснявшего, как устроен компакт-диск.

(Laughter)

(Смех)

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

Совершенно невероятно иметь возможность вернуться назад в прошлое

and access this moment.

в тот самый момент.

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

Также удивительно и то, что спустя 30 лет после первой конференции TED

we're still talking about digital storage.

мы всё ещё обсуждаем хранение цифровых данных.

Now, if we look back another 30 years,

А за 30 лет до этого,

IBM released the first-ever hard drive

ещё в 1956 году,

back in 1956.

IBM выпустила свой первый жёсткий диск.

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

Вот здесь его отгружают с целью показать небольшой аудитории.

It held the equivalent of one MP3 song

Он содержал объём информации, эквивалентный одной песне в формате MP3,

and weighed over one ton.

и весил более тонны.

At 10,000 dollars a megabyte,

При цене 10 тысяч долларов за мегабайт

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

вряд ли кто-то из присутствующих захотел бы его приобрести,

except maybe as a collector's item.

если только вы не коллекционер.

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

Но это лучшее, что было создано в то время.

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

Мы прошли долгий путь в развитии способов хранения данных.

Devices have evolved dramatically.

Произошёл грандиозный скачок в развитии электронных устройств.

But all media eventually wear out or become obsolete.

Однако в конце концов все носители информации устаревают.

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

Если кто-то вручит вам дискету для хранения вашей презентации,

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

вы посмотрите на него как на чудака, в крайнем случае, посмеётесь,

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

но никоим образом не сможете воспользоваться этой штуковиной.

These devices can no longer meet our storage needs,

Эти устройства стали абсолютно непригодны для хранения информации,

although some of them can be repurposed.

хотя некоторые из них можно использовать для других целей.

All technology eventually dies or is lost,

Все технологии умирают или утрачиваются

along with our data,

вместе с нашими данными,

all of our memories.

нашими воспоминаниями.

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

Заблуждение — считать, что проблема хранения информации уже решена.

but really, we all just externalize it.

На самом деле мы лишь признали её существование.

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

Мы не беспокоимся о хранении наших электронных писем или фото.

They're just in the cloud.

Мы просто отправляем их в облако.

But behind the scenes, storage is problematic.

Но проблема никуда не уходит.

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

Не стоит забывать, что облако — всего лишь множество жёстких дисков.

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

Можно утверждать, что большая часть цифровой информации не настолько важна.

Surely, we could just delete it.

Конечно, мы можем просто её удалить.

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

Но как мы узнаем, что сегодня представляет наибольшую важность?

We've learned so much about human history

Мы столько узнали об истории человечества

from drawings and writings in caves,

благодаря наскальным рисункам в пещерах

from stone tablets.

и каменным скрижалям.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

Мы расшифровали языки Розеттского камня.

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

И мы всё равно никогда не узнаем всю историю.

Our data is our story,

Наши данные — это наша история,

even more so today.

а в настоящее время особенно.

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

Мы не будем сохранять записи на камнях,

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

и нам не нужно выбирать, что сейчас важно.

There's a way to store it all.

Есть способ сохранить всё.

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

Оказывается, решение проблемы

for a few billion years,

миллиарды лет было рядом с нами.

and it's actually in this tube.

И оно в этой пробирке.

DNA is nature's oldest storage device.

ДНК — самое старое устройство для хранения, созданное самой природой.

After all, it contains all the information necessary

Ведь она содержит всю информацию,

to build and maintain a human being.

необходимую для создания и существования человека.

But what makes DNA so great?

Так что же придаёт ей такие невероятные свойства?

Well, let's take our own genome

Для примера возьмём

as an example.

наш собственный геном.

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

Если бы нам было нужно напечатать три миллиарда букв A, T, C и G

on a standard font, standard format,

стандартным шрифтом на листе стандартного формата

and then we were to stack all of those papers,

и сложить листы бумаги вместе, высота пачки составила бы 130 метров,

it would be about 130 meters high,

что-то среднее между

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

статуей Свободы и монументом Вашингтону.

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

Если перевести все эти A, T, С и G

to digital data, to zeroes and ones,

в цифровой вид, в единицы и нули,

it would total a few gigs.

получилось бы несколько гигабайт.

And that's in each cell of our body.

И так в каждой клеточке нашего организма.

We have more than 30 trillion cells.

А всего в нас более 30 триллионов клеток.

You get the idea:

Только представьте:

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

ДНК, занимающая крошечное пространство, вмещает в себя тонну информации.

DNA is also very durable,

Кроме того, ДНК долговечна,

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

для её хранения не нужно электричество.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

Нам это известно благодаря учёным, восстановившим ДНК первобытных людей,

that lived hundreds of thousands of years ago.

живших сотни тысяч лет назад.

One of those is Ötzi the Iceman.

Один из них Этци, Ледяной человек.

Turns out, he's Austrian.

Как оказалось, он австриец.

(Laughter)

(Смех)

He was found high, well-preserved,

Он хорошо сохранился,

in the mountains between Italy and Austria,

его нашли высоко в горах на границе Италии и Австрии.

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

Его генетические потомки проживают в настоящее время в Австрии.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

Так что кто-то из вас может быть кузеном Этци.

(Laughter)

(Смех)

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

Суть в том, что у нас больше шансов извлечь информацию

from an ancient human

из древнего человека,

than we do from an old phone.

чем из старого телефона.

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

Кроме того, менее вероятно, что мы утратим способность читать ДНК,

than any single man-made device.

в отличие от устройств, созданных человеком.

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

Каждый новый формат хранения данных требует нового способа чтения.

We'll always be able to read DNA.

Мы всегда сможем прочитать ДНК.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

Если мы больше не сможем секвенировать данные, значит, нам уже будет

than worrying about data storage.

не до беспокойства по поводу хранения этой самой информации.

Storing data on DNA is not new.

Хранение данных в ДНК не ново.

Nature's been doing it for several billion years.

Природа умеет это делать уже несколько миллиардов лет.

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

По сути, каждое живое существо является ДНК-устройством для хранения данных.

But how do we store data on DNA?

Так как же информация хранится в ДНК?

This is Photo 51.

Это фото номер 51.

It's the first-ever photo of DNA,

Самое первое фото ДНК,

taken about 60 years ago.

сделанное почти 60 лет назад.

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

Приблизительно в то же самое время IBM создала свой первый жёсткий диск.

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

Наше понимание цифрового хранения и ДНК развивались одновременно.

We first learned to sequence, or read DNA,

Сначала мы научились секвенировать, или читать ДНК,

and very soon after, how to write it,

а вскоре после этого — записывать

or synthesize it.

и синтезировать.

This is much like how we learn a new language.

Это очень похоже на изучение нового языка.

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

И сейчас мы можем читать, записывать и копировать ДНК.

We do it in the lab all the time.

Мы всё время делаем это в лабораториях.

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

Поэтому всё, абсолютно всё, что можно хранить в виде нулей и единиц,

can be stored in DNA.

можно хранить в ДНК.

To store something digitally, like this photo,

Чтобы сохранить что-то в цифровом формате, например это фото,

we convert it to bits, or binary digits.

мы преобразуем его в биты или двоичные единицы.

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

Каждый пиксель на чёрно-белой фотографии представляет собой ноль или единицу.

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

И мы можем записать ДНК так же, как принтер может печатать буквы на бумаге.

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

Нам остаётся всего лишь конвертировать наши данные, эти нули и единицы,

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

в буквы А, Т, С и G.

and then we send this to a synthesis company.

А затем синтезировать их.

So we write it, we can store it,

Итак, мы записываем информацию, можем её хранить,

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

и когда мы захотим ею воспользоваться, просто считываем её.

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

И самое интересное — это решить, какие файлы хранить.

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

Мы серьёзные учёные, и мы должны сохранить манускрипт

for good posterity.

для потомков.

We also included a $50 Amazon gift card --

Мы также включили 50-долларовую подарочную карту Amazon —

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

сильно не радуйтесь, они уже потрачены, кто-то её активировал.

as well as an operating system,

А также операционную систему,

one of the first movies ever made

один из первых фильмов

and a Pioneer plaque.

и пластинки «Пионера».

Some of you might have seen this.

Возможно, кто-то из вас уже их видел.

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

На них изображены мужчина и женщина

and our approximate location in the Solar System,

и наше приблизительное местоположение в Солнечной системе,

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

на случай если корабль «Пионер» когда-нибудь встретит инопланетян.

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

Мы придумали, какую именно информацию хотим закодировать,

we package up the data,

запаковали её,

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

конвертировали нули и единицы в буквы А, Т, С и G,

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

а затем просто синтезировали эти файлы.

And this is what we got back.

И вот что мы получили в итоге.

Our files were in this tube.

Наши файлы были помещены в эту пробирку.

All we had to do was sequence it.

Осталось только их секвенировать.

This all sounds pretty straightforward,

Кажется, всё достаточно просто,

but the difference between a really cool, fun idea

но отличие действительно замечательной идеи от того,

and something we can actually use

что мы можем использовать, в том,

is overcoming these practical challenges.

чтобы преодолеть проблемы с реализацией на практике.

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

Хотя ДНК и надёжнее, чем любое рукотворное устройство,

it's not perfect.

она несовершенна.

It does have some weaknesses.

Есть некоторые слабые стороны.

We recover our message by sequencing the DNA,

Мы восстанавливаем наше сообщение путем секвенирования ДНК,

and every time data is retrieved,

но каждый раз, когда данные извлекаются,

we lose the DNA.

мы теряем ДНК.

That's just part of the sequencing process.

Это одна из особенностей процесса секвенирования.

We don't want to run out of data,

Мы не хотим терять данные,

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

но к счастью, есть способ копирования ДНК,

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

который дешевле и легче её синтезирования.

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

Мы уже протестировали способ создания 200 триллионов копий наших файлов,

and we recovered all the data without error.

и нам удалось извлечь информацию без её повреждения.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

Секвенирование также приводит к ошибкам в нашей ДНК,

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

в А, Т, С и G.

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

Природа научилась справляться с этим в наших клетках.

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

Но наши данные хранятся в искусственной ДНК в пробирке.

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

Мы должны были придумать собственный способ справиться с этой проблемой.

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

Мы решили использовать тот же алгоритм, который применяется в потоковом видео.

When you're streaming a video,

Когда вы транслируете видео,

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

вы фактически пытаетесь восстановить оригинальное видео, первоначальный файл.

When we're trying to recover our original files,

Когда мы это делаем,

we're simply sequencing.

мы просто секвенируем.

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

Оба этих процесса подразумевают восстановление нулей и единиц

to put our data back together.

с целью собрать всю нашу информацию.

And so, because of our coding strategy,

И благодаря такому способу кодирования

we were able to package up all of our data

мы смогли запаковать все данные так,

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

чтобы можно было создать миллионы и триллионы копий,

and still always recover all of our files back.

которые в любой момент можно извлечь.

This is the movie we encoded.

Вот фильм, который мы закодировали.

It's one of the first movies ever made,

Один из первых, который был снят, а теперь он первый,

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

который был скопирован на ДНК более 200 триллионов раз.

Вскоре после того как наша работа была опубликована,

Soon after our work was published,

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

мы приняли участие в «Спроси меня о чём угодно» на сайте Reddit.

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

Если вы тот ещё ботаник, то хорошо знаете, что это за сайт.

Most questions were thoughtful.

Некоторые вопросы были содержательные,

Some were comical.

но были и смешные.

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

Например, один пользователь хотел узнать, когда у нас появится настоящая флешка.

Now, the thing is,

Дело в том, что наша ДНК

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

уже содержит всю необходимую информацию о нас.

It's a lot safer to store data on DNA

Хранить данные на ДНК гораздо безопаснее

in synthetic DNA in a tube.

в синтетической ДНК в пробирке.

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

Очевидно, что запись и чтение данных из ДНК занимает намного больше времени,

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

чем просто сохранение всех ваших файлов на жёстком диске.

for now.

Пока что.

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

Перво-наперво мы должны сосредоточиться на возможности длительного хранения.

Most data are ephemeral.

Большинство данных эфемерны.

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

Действительно трудно понять, что важно сегодня,

or what will be important for future generations.

а что будет важно для будущих поколений.

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

Но дело в том, что решать необязательно.

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

Есть замечательная программа ЮНЕСКО под названием «Память мира».

It's been created to preserve historical materials

Она была создана с целью сохранить исторические материалы,

that are considered of value to all of humanity.

которые представляют ценность для всего человечества.

Items are nominated to be added to the collection,

Был составлен список того, что необходимо включить,

including that film that we encoded.

в том числе фильм, который мы закодировали.

While a wonderful way to preserve human heritage,

Хотя это и замечательный способ сохранить человеческое наследие,

it doesn't have to be a choice.

но мы не должны стоять перед выбором.

Instead of asking the current generation -- us --

Вместо того чтобы спрашивать нас, современное поколение,

what might be important in the future,

что может быть важно в будущем,

we could store everything in DNA.

мы могли бы сохранить всё в ДНК.

Storage is not just about how many bytes

Смысл не только в количестве сохранённых байтов,

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

а в том, насколько хорошо мы можем их сохранять и извлекать.

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

Существует проблема того, сколько информации мы сможем сгенерировать,

and how much we can recover

сколько восстановить

and how much we can store.

и сколько сохранить.

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

Каждый новый способ создания данных потребовал новый способ их чтения.

We can no longer read old media.

Мы больше не можем читать старые носители.

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

У кого из присутствующих в ноутбуке есть дисковод,

never mind a floppy drive?

не говоря уже о флоппи-дисководе?

This will never be the case with DNA.

В случае с ДНК такой проблемы не возникнет.

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

Пока существуем мы, существует и ДНК,

and we'll find a way to sequence it.

и мы найдём способ её секвенировать.

Archiving the world around us is part of human nature.

Архивирование мира вокруг нас — часть человеческой природы.

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

Это прогресс, которого мы достигли в цифровом хранении за 60 лет,

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

с момента, когда мы только начали понимать ДНК.

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

Однако мы добились подобного прогресса с ДНК-секвенаторами в два раза быстрее,

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

и пока человечество существует, ДНК никогда не устареет.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)