“算法”新DNA存储算法让敦煌壁画信息保存千年万年

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本报讯（记者陈彬 通讯员赵晖）记者近日从天津大学获悉，该校合成生物学团队创新DNA存储算法，将10幅精选敦煌壁画存入DNA中，通过加速老化实验验证，壁画信息在实验室常温下可保存千年，在9.4℃下可保存两万年。该算法支持DNA分子成为世界上最可靠的数据存储介质之一，可让面临老化、破损危机的人类文化遗产信息保存千年至万年。

从结绳记事，仓颉造字到磁带、硬盘等现代磁光电存储技术，人类文明的发展与存储技术密切相关。随着科学技术的进步，数据存储方式不断迭代创新。

中国科学院院士、天津大学教授元英进团队一直致力于下一代存储技术——DNA存储。“据国际数据公司估计，到2025年全球数据总量将达到惊人的175ZB（1ZB≈1021字节）。全球都在建数据中心，能耗惊人。DNA存储由于其高存储密度与低能耗处理等特点，被视为一种极具潜力的存储技术，成为应对数据存储增长挑战的新机遇。”元英进介绍说。

DNA存储高效低耗，但作为一种链式生物大分子，在体外常温保存时会面临DNA断裂降解等风险，严重影响信息存储的长期可靠性。对此，元英进团队设计了基于德布莱英图理论的序列重建算法，该算法结合贪婪路径搜索和循环冗余校验码来实现断裂DNA片段的高效从头组装，从原理上支持了DNA存储的长期可靠性。

结合该序列重建算法（内码）与喷泉码算法（外码），团队设计编码了6.8MB敦煌壁画，合成了承载图片信息的DNA片段21万条。为使数据长期可靠，团队还制备了一个没有任何特殊保护的DNA水溶液样本，并在70℃下加速样本断裂、降解长达10周。处理后的DNA片段80%以上都发生断裂错误，依靠设计的序列重建算法依然可以准确组装并解码96.4%以上的片段，再通过喷泉码解决少量片段丢失的问题，原始的敦煌壁画图片依然能够完美恢复。根据理论推算，这种程度的高温破坏相当于实验室常温25℃一千年或者9.4℃长达两万年的自然保存。

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