人类基因组存储在“永久”记忆晶体上

诸平

Fig. 1 Credit: University of Southampton

Fig. 2 Memory of Mankind archive in Hallstatt, Austria. Credit: University of Southampton

https://www.southampton.ac.uk/news/2024/09/human-genome-stored-on-everlasting-memory-crystal-.page

据英国南安普顿大学（University of Southampton）2024年9月19日提供的消息，人类基因组存储在“永久”记忆晶体上（Human genome stored on 'everlasting' memory crystal）。

南安普顿大学的科学家们将人类全部基因组存储在5D记忆晶体（5D memory crystal）上，这是一种革命性的数据存储格式，可以保存数十亿年。研究小组希望，如果科学允许的话，这种晶体可以提供一幅蓝图，让人类在未来几千年、几百万年甚至几十亿年的时间里免于灭绝。该技术还可用于创建濒临灭绝的濒危动植物物种基因组的持久记录。

永恒的晶体(Eternity crystals)

5D记忆晶体是由南安普顿大学光电子研究中心{University of Southampton's Optoelectronics Research Center (ORC)}开发的。与其他随着时间推移而退化的数据存储格式不同，最大尺寸的5D记忆晶体可以存储高达360 TB的信息，即使在高温下也可以保存数十亿年而不会丢失。它是2014年获得的最耐用数据存储材料的吉尼斯世界纪录保持者{Guinness World Record (awarded in 2014)}。这种晶体相当于熔融石英，是地球上化学和热耐用性最强的材料之一。它可以承受冰冻、火灾和高达1000 ℃的高温和低温，此晶体还可以承受高达每平方厘米10吨（10 t/cm²）的直接冲击力，并且长时间暴露在宇宙辐射中也不会改变。

由彼得·卡赞斯基教授（Professor Peter Kazansky）领导的南安普顿研究小组，使用超快激光将数据精确地刻入二氧化硅内部的纳米结构空洞中——特征尺寸小至20 nm。

与只在二维纸或磁带(magnetic tape)表面进行标记不同，这种编码方法使用2个光学维度和3个空间坐标在整个材料上进行书写——因此它的名字是5D的。

恢复物种(Restoring species)

此晶体的寿命意味着它们将比人类和其他物种寿命更长。目前，仅利用遗传信息（genetic information）合成人类、植物和动物是不可能的，但近年来合成生物学（synthetic biology）取得了重大进展，尤其是克雷格·文特尔博士（Dr. Craig Venter）的团队在2010年创造了一种合成细菌（the creation of a synthetic bacterium）。

彼得·卡赞斯基教授说:“我们从其他人的工作中了解到，简单生物体的遗传物质可以被合成，并在一个现有细胞中使用，从而在实验室中创造出一个可行的活样本。”

“5D记忆晶体为其他研究人员建立一个永久的基因组信息库提供了可能性，如果未来科学允许，可能会从中恢复像植物和动物这样的复杂生物体。”

为了验证这一概念，该团队创造了一个包含完整人类基因组的5D记忆晶体。对于基因组中大约30亿个字母，每个字母被测序150次以确保它在那个位置。深度测序工作是与Helixwork Technologies合作完成的。

视觉线索(Visual clues)

此晶体被储存在人类记忆档案（Memory of Mankind archive）中，这是一个特殊的时间胶囊，位于奥地利哈尔施塔特(Hallstatt, Austria)的一个盐洞里（Fig. 2）。

在设计此晶体时，研究小组考虑到，在遥远的未来，在我们之后出现的智能生物(物种或机器)是否可以获取其中的数据。事实上，在遥远的未来，人们可能会发现没有参照系存在。

彼得·卡赞斯基教授表示:“刻在晶体上的视觉钥匙（visual key）让发现者知道里面存储了什么数据，以及如何使用这些数据。”

在密集的数据平面上方，钥匙显示了通用元素(氢、氧、碳和氮);DNA分子的4个碱基——腺嘌呤(adenine)、胞嘧啶（cytosine）、鸟嘌呤（guanine）和胸腺嘧啶（thymine）及其分子结构（molecular structure）;它们在DNA双螺旋结构中的位置;以及基因如何在染色体中定位，然后将染色体插入细胞。