How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

Перекладач: Ilya Rozenberg Утверджено: Khrystyna Romashko

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

Я могла б вмістити все кіно, що було знято людством, у цій пробірочці.

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

Якщо ви цього не бачите, то в тому і суть.

(Laughter)

(Сміх)

Before we understand how this is possible,

Перш ніж ми зрозуміємо, як це можливо,

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

нам важливо зрозуміти цінність цього досягнення.

All of our thoughts and actions these days,

Всі наші думки і діла в наш час

through photos and videos --

зафіксовані у фото та відео -

even our fitness activities --

навіть наші результати у фітнесі -

are stored as digital data.

зберігаються як цифрові дані.

Aside from running out of space

Поки нам вистачає місця

on our phones,

на диску в нашому мобільнику,

we rarely think about our digital footprint.

ми навряд чи думаємо про наш цифровий слід.

But humanity has collectively generated more data

Але людством колективно створено більше даних

in the last few years

за останні кілька років,

than all of preceding human history.

ніж за всю попередню історію людства.

Big data has become a big problem.

Багато даних створили багато проблем.

Digital storage is really expensive,

Цифрове зберігання дуже дороге,

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

і жоден з цих пристроїв, що ми маємо, не витримає випробування часом.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

Є один неприбутковий сайт під назвою Internet Archive.

In addition to free books and movies,

Окрім безкоштовних книг і фільмів,

you can access web pages as far back as 1996.

там ще є доступ до веб-сторінок, створених після 1996 року.

Now, this is very tempting,

Мене це спокусило,

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

і я вирішила подивитися на один з перших, дуже простеньких веб-сайтів TED.

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

Як бачите, багато змін за останні 30 років.

So this led me to the first-ever TED,

Це також привело мене до найпершого TED

back in 1984,

у 1984 році.

and it just so happened to be a Sony executive

І так сталося, що тоді відбувся виступ одного з керівників фірми Sony,

explaining how a compact disk works.

який пояснював, як працює компакт-диск.

(Laughter)

(Сміх)

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

Це дійсно неймовірно, що ми маємо можливість повернутися назад у часі

and access this moment.

до цього моменту.

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

Мене також дійсно захоплює, що через 30 років після цього першого TED

we're still talking about digital storage.

ми все ще говоримо про цифрове зберігання.

Now, if we look back another 30 years,

Тепер, якщо повернутися назад ще на 30 років -

IBM released the first-ever hard drive

ще в 1956 році IBM випустила перший у світі

back in 1956.

жорсткий диск.

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

Ось його завантажують для доставки перед маленькою групою глядачів.

It held the equivalent of one MP3 song

Цей диск міг умістити еквівалент однієї пісні у форматі MP3

and weighed over one ton.

і важив більше тонни.

At 10,000 dollars a megabyte,

При вартості у 10 000 доларів за мегабайт,

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

не думаю, що хтось у цій залі був би зацікавлений цю річ придбати,

except maybe as a collector's item.

окрім, можливо, для колекції.

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

Але це найкраще, що ми могли на той час.

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

Ми пройшли такий довгий шлях в технології зберігання даних.

Devices have evolved dramatically.

Пристрої швидко розвивалися.

But all media eventually wear out or become obsolete.

Але всі носії, зрештою, зношуються або старіють.

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

Якби хтось дав вам сьогодні дискету, щоб створити резервну копію презентації,

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

ви б, напевно, дивно на них глянули, може, засміялись би,

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

але ви б ніяк не змогли використати цю кляту штуку.

These devices can no longer meet our storage needs,

Ці пристрої більше не відповідають нашим потребам зберігання інформації,

although some of them can be repurposed.

хоча деякі з них можна для чогось використати.

All technology eventually dies or is lost,

Уся техніка з часом вмирає або втрачається,

along with our data,

разом з нашими даними,

all of our memories.

всіма нашими спогадами.

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

Здається, що проблема зберігання інформації вже вирішена,

but really, we all just externalize it.

але, насправді, ми її просто вивели назовні.

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

Нас не хвилює, як зберігається наша електронна пошта і фотографії.

They're just in the cloud.

Вони просто в хмарі.

But behind the scenes, storage is problematic.

Але за лаштунками не все так просто.

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

Адже хмара - це просто багато жорстких дисків.

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

Більшість цифрових даних, безперечно, не дуже критичні.

Surely, we could just delete it.

Звичайно, ми могли б їх просто стерти.

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

Але як ми можемо сьогодні знати, що важливо?

We've learned so much about human history

Ми так багато дізналися про історію людства

from drawings and writings in caves,

з малюнків і написів у печерах,

from stone tablets.

з кам'яних табличок.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

Ми розшифрували мови за допомогою Розетського каменю.

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

Проте ми ніколи не матимемо повної картини.

Our data is our story,

Наші дані відображають цю картину,

even more so today.

сьогодні більше, ніж будь-коли.

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

Ми не матимемо записів на кам'яних табличках.

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

Але ми не повинні зараз вибирати, що важливо, що не важливо.

There's a way to store it all.

Є спосіб зберегти все.

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

Виявляється, що рішенню проблеми

for a few billion years,

кілька мільярдів років,

and it's actually in this tube.

і воно в цій пробірці.

DNA is nature's oldest storage device.

ДНК є найстарішим пристроєм зберігання інформації в природі.

After all, it contains all the information necessary

Адже ДНК містить всю необхідну інформацію,

to build and maintain a human being.

щоб створити і підтримувати життєдіяльність людини.

But what makes DNA so great?

Але чому ДНК настільки дивовижна?

Well, let's take our own genome

Давайте розглянемо наш геном

as an example.

як приклад.

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

Якщо роздрукувати всі три мільярди A, T, C та G

on a standard font, standard format,

стандартним шрифтом на стандартному папері,

and then we were to stack all of those papers,

і скласти всі ці папери у стос,

it would be about 130 meters high,

то цей стос мав би десь 130 метрів,

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

по висоті десь між Статуєю Свободи і монументом Вашингтона.

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

Якщо б ми перевели всі ці A, T, С і G

to digital data, to zeroes and ones,

у цифрові дані, у нулі й одиниці,

it would total a few gigs.

це всього кілька гігабайт.

And that's in each cell of our body.

І це в кожній клітині нашого організму.

We have more than 30 trillion cells.

У нас більше 30 трильйонів клітин.

You get the idea:

Тож зрозуміло:

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

ДНК може зберігати тонну інформації в мізерному просторі.

DNA is also very durable,

ДНК також дуже міцна,

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

і навіть не вимагає електроенергії для зберігання.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

Ми знаємо це, тому що вчені знайшли ДНК стародавніх людей,

that lived hundreds of thousands of years ago.

котрі жили кілька сотень тисяч років тому.

One of those is Ötzi the Iceman.

Одним з них був Отці, льодяна людина.

Turns out, he's Austrian.

Виявляється, він австрієць.

(Laughter)

(Сміх)

He was found high, well-preserved,

Його знайшли добре збереженим

in the mountains between Italy and Austria,

високо в горах між Італією та Австрією,

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

і виявляється, що у нього є живі генетичні родичі тут, в Австрії, сьогодні.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

Так один з вас може бути родичем Отці.

(Laughter)

(Сміх)

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

Справа в тому, що ми маємо більше шансів відновлення інформації

from an ancient human

з залишків стародавньої людини,

than we do from an old phone.

ніж зі старого мобільного телефону.

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

Ще менш імовірно, що ми втратимо здатність читати ДНК

than any single man-made device.

радше, ніж якийсь штучний пристрій.

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

Кожний новий формат зберігання вимагає нового способу читання.

We'll always be able to read DNA.

Ми завжди зможемо читати ДНК.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

Ми не зможемо читати ДНК лише, коли матимемо серйозніші проблеми,

than worrying about data storage.

ніж зберігання даних.

Storing data on DNA is not new.

Зберігання даних у ДНК не нова річ.

Nature's been doing it for several billion years.

Природа це робить протягом декількох мільярдів років.

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

Насправді, все живе є пристроєм зберігання на основі ДНК.

But how do we store data on DNA?

Але як же ми зберігаємо дані у ДНК?

This is Photo 51.

Це фото 51.

It's the first-ever photo of DNA,

Це перша фотографія ДНК,

taken about 60 years ago.

зроблена близько 60 років тому.

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

Приблизно тоді, коли IBM випустила той жорсткий диск.

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

Так що наше розуміння цифрового зберігання і ДНК еволюціонувало одночасно.

We first learned to sequence, or read DNA,

Спочатку ми навчилися читати послідовності у ДНК через секвенування,

and very soon after, how to write it,

і дуже скоро після цього навчилися їх писати,

or synthesize it.

тобто синтезувати ДНК.

This is much like how we learn a new language.

Це дуже схоже на те, як ми вчимо іншу мову.

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

І тепер ми маємо можливість читати, писати і копіювати ДНК.

We do it in the lab all the time.

Ми робимо це в лабораторії весь час.

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

Так все, дійсно все, що можна зберігати як нулі та одиниці,

can be stored in DNA.

може зберігатися в ДНК.

To store something digitally, like this photo,

Щоб зберегти щось у цифровому форматі, як це фото,

we convert it to bits, or binary digits.

ми перетворюємо його в біти, так звані двійкові розряди.

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

Кожен піксель у чорно-білому фото - це просто нуль або один.

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

процес написання ДНК дуже схожий на друк принтером букв на сторінці.

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

Нам просто треба конвертувати наші дані, всі ці нулі та одиниці,

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

у набір з A, T, C і G,

and then we send this to a synthesis company.

і надіслати їх компанії, що здійснює синтез ДНК.

So we write it, we can store it,

Тобто ми запишемо, збережемо у ДНК,

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

і коли захочемо відновити наші дані, то просто секвенуємо цю ДНК.

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

Тепер найцікавіша частина - вирішити, які файли потрібно включити.

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

Ми серйозні вчені, тому повинні були включити рукопис

for good posterity.

заради наступних поколінь.

We also included a $50 Amazon gift card --

Ми також включили подарункову карту Amazon на 50 доларів,

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

надто не радійте, хтось вже декодував її та використав -

as well as an operating system,

також включили операційну систему,

one of the first movies ever made

один з перших фільмів,

and a Pioneer plaque.

і пластинку «Піонера»

Some of you might have seen this.

Дехто з вас її бачив.

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

На ній зображення типових - певно - чоловіка і жінки,

and our approximate location in the Solar System,

і, про всяк випадок, наше приблизне розташування в Сонячній системі,

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

якщо космічний корабель "Піонер" натрапить на інопланетян.

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

Тому, як тільки ми вирішили, які файли ми закодуємо,

we package up the data,

ми стиснули ці дані,

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

конвертували нулі та одиниці у набір з A, T, C і G,

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

і надіслали файл у компанію, що здійснює синтез ДНК.

And this is what we got back.

Це те, що ми від них отримали.

Our files were in this tube.

Наші файли були в цій пробірці.

All we had to do was sequence it.

Все, що нам потрібно було зробити - прочитати послідовність ДНК.

This all sounds pretty straightforward,

Все це звучить досить просто,

but the difference between a really cool, fun idea

але різниця між дійсно класною ідеєю

and something we can actually use

і тим, що можна реально використовувати,

is overcoming these practical challenges.

полягає в подоланні практичних проблем.

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

Хоч ДНК більш надійна, ніж будь-який штучний апарат,

it's not perfect.

вона не ідеальна.

It does have some weaknesses.

Вона має деякі слабкі сторони.

We recover our message by sequencing the DNA,

Ми відновлюємо наше повідомлення шляхом секвенування ДНК,

and every time data is retrieved,

кожен раз, коли дані витягуються,

we lose the DNA.

ми втрачаємо ДНК.

That's just part of the sequencing process.

Це просто частина процесу секвенування.

We don't want to run out of data,

Ми не хочемо вичерпати всі дані,

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

але, на щастя, є спосіб скопіювати ДНК,

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

ще дешевший і простіший, ніж синтезування.

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

Ми, насправді, перевірили цей спосіб, зробивши 200 трильйонів копій файлів,

and we recovered all the data without error.

і відновили всі дані без помилок.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

Секвенування також робить помилки в ДНК,

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

в A, T, C і G.

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

Природа знає, як боротися з цим в наших клітинах.

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

Але наші дані зберігаються в синтетичній ДНК в пробірці,

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

тому нам треба було знайти свій спосіб подолання цієї проблеми.

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

Ми вирішили використати алгоритм, що використовувався у потоковому відео.

When you're streaming a video,

Під час перегляду потокового відео

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

ми, по суті, намагаємося відновити оригінальний відеофайл.

When we're trying to recover our original files,

Спроба відновити оригінальні файли,

we're simply sequencing.

це, по суті, секвенування.

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

Насправді, обидва процеси відновлюють достатню кількість нулів і одиниць

to put our data back together.

для зведення даних.

And so, because of our coding strategy,

Завдяки нашій стратегії кодування,

we were able to package up all of our data

ми змогли упакувати всі наші дані

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

таким способом, що дозволив нам зробити мільйони і трильйони копій,

and still always recover all of our files back.

з яких завжди можна відновити всі наші файли.

This is the movie we encoded.

Це фільм, який ми закодували.

It's one of the first movies ever made,

Це один з найперших фільмів,

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

а тепер він ще й перший скопійований більше 200 трильйонів разів на ДНК.

Soon after our work was published,

Невдовзі після публікації нашої роботи

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

ми брали участь у проекті "Ask Me Anything" [Питай, що хочеш] на сайті reddit.

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

Якщо ви ботан, то добре знайомі з цим веб-сайтом.

Most questions were thoughtful.

Більшість питань були вдумливими.

Some were comical.

Деякі були смішні.

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

Наприклад, один користувач хотів знати, коли в нас буде справжня флешка.

Now, the thing is,

Як відомо,

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

наша ДНК вже зберігає все необхідне, щоб зробити нас тими, ким ми є.

It's a lot safer to store data on DNA

Зберігати дані у ДНК набагато безпечніше

in synthetic DNA in a tube.

у синтетичній ДНК в пробірці.

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

Написання та читання даних з ДНК, очевидно, займає набагато більше часу,

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

ніж просто зберегти всі ваші файли на жорсткому диску -

for now.

на даний момент.

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

Отже, спочатку ми повинні зосередитися на тривалому зберіганні.

Most data are ephemeral.

Більшість даних є ефемерними.

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

Це дійсно важко зрозуміти, що важливе сьогодні,

or what will be important for future generations.

а що буде важливим для майбутніх поколінь.

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

Але ми не повинні вирішити це сьогодні.

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

Є така чудова програма ЮНЕСКО "Пам'ять світу".

It's been created to preserve historical materials

Створена для збереження історичних матеріалів,

that are considered of value to all of humanity.

які вважаються цінними для всього людства.

Items are nominated to be added to the collection,

І є черга об'єктів, номінованих для включення до колекції,

including that film that we encoded.

разом з тим фільмом, що ми закодували.

While a wonderful way to preserve human heritage,

Хоч це і чудовий спосіб зберегти людську спадщину,

it doesn't have to be a choice.

він не обов'язково має бути вибірковим.

Instead of asking the current generation -- us --

Замість того, щоб запитувати нинішнє покоління - нас -

what might be important in the future,

що може бути важливим у майбутньому,

we could store everything in DNA.

ми могли б зберігати все в ДНК.

Storage is not just about how many bytes

Для зберігання важлива не тільки кількість байтів,

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

а й якість збереження та відновлення даних.

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

Завжди є напруга між тим, скільки даних можна створити

and how much we can recover

і скільки можна відновити,

and how much we can store.

а ще скільки зберегти.

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

Кожне поліпшення у написанні даних вимагає нового способу їхнього зчитування.

We can no longer read old media.

Ми більше не можемо читати зі старих носіїв.

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

Хто з вас взагалі має зчитувач дисків у своєму ноутбуці?

never mind a floppy drive?

Я вже не кажу про дискету.

This will never be the case with DNA.

Це ніколи не станеться з ДНК.

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

Поки ми існуємо, ДНК теж існує,

and we'll find a way to sequence it.

і ми знайдемо спосіб її прочитати.

Archiving the world around us is part of human nature.

Архівація довколишнього світу природна для людей.

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

Це прогрес у цифровому зберіганні за 60 років,

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

в той час, коли ми тільки починаємо розуміти ДНК.

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

Проте ми досягли подібного прогресу за половину часу з секвенсором ДНК,

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

і поки ми є, ДНК ніколи не застаріє.

Thank you.

Дякую.

(Applause)

(Оплески)