DNA：未來的數位資料大倉儲。圖片：drivesaversdatarecovery.com

   有了電腦與網路，資料產生的數量就快速增加，一共有多少，沒有人精確計算過，只能估算一個大概。有人估算過 2016 年的資料量是 16.1 兆 GB (gigabytes, giga 是 10 億 )，到了 2025 年就會增加 10 倍。另一個估算是 5 年以前的資料量是 4.4 ZB (zettabytes, zetta 是 1 x 10²¹，也就是 10 的 21 次方)。

   Byte 是「位元」，一個位元代表一個數目字或一個英文字母，兩個位元代表一個中文字，如果把 4.4 ZB (4,400,000,000,000,000,000,000 bytes) 的空間填滿文字與數目字，那會是什麼概念，恐怕只有讓人更模糊。這只是五年以前的數量，到了 2025 年就增加到 160 ZB。

   這麼多資料從哪裡來的？當然每個人都有照片、影片、郵件、社群網路對話留言，這些資料經年累月越積越多，但專家說這不過是一盆水裡的一滴，而如洪水般的資料則來自科學研究，醫學實驗、深入細胞、天象觀測、探測宇宙，不斷的研究，資料就成等比級數增加。

   目前的資料儲存媒介，有磁帶、光碟、硬碟 (HD)、固態碟 (SSD)，無論個人或是雲端伺服器，存取速度、容量、佔據空間，都是潛在問題，而且沒隔多久就可能要更新。這些都是物理性的儲存技術，既然不夠完善，是不是有物理以外的技術，有人就想到了生物性儲存，DNA 就是其一。

   DNA 是「脫氧核醣核酸」(Deoxyribo Nucleic Acid) 的縮寫，是細胞裡的大分子，由兩條螺旋「鹼基對」(Base Pair) 組成。鹼基，可以說是生物最基本的元素，共有簡稱 A、T、G、C 四種，如下圖所示，由黃綠紅橘四小色條代表。鹼基對，是兩條螺旋鹼基在相對位置的匹配，如下圖所示 A 與 T 匹配，G 與 C 匹配，這在生物與遺傳上有特殊意義，例如俗稱的「基因」，就是 DNA 的一段。

DNA 結構示意簡圖。圖片：U.S. National Library of Medicine

   DNA 如何能儲存資料？不妨先看看 DNA 的尺寸大小。每一個細胞裡都有一套 30 億對鹼基的 DNA，存放在僅有 6 微米 (100 萬分之1米）的空間，如果拉出來平放，就有 2 米長，把一個人所有的 DNA 拉出來，就有兩倍太陽系直徑那麼長。鹼基對之間的距離很短，僅有 3.4 Å（Å 為百萬分之一公分），假設把 ATGC 四種鹼基代碼成 "00"、''01"、"11"、"10" ，一個 2 米長的 DNA 所儲存的數位資料就極為可觀。

   現在的問題是怎麼樣把數位資料轉換成四種鹼基，合成一個 DNA 檔案。從 MIT 分支出來一家新創公司 Catalog，就正做這件事的研發。一年前把印在一頁紙上的一首詩、資料量約1KB，縮小成一個小試管底下的兩滴水，水裡藏有看不見的 DNA 資料檔。用 DNA 儲存數位資料早已有人實驗，但非常昂貴，以儲存一分鐘的音樂為例，需用 150 萬對鹼基，成本高達 10 萬美元，Catalog 要改變這一成本結構。

   與其把一條長的 DNA 填滿，Catalog 把 DNA 切割成 20 到 30 對鹼基的片段，分別儲存資料之後，再用酵素把各個片段安排連接在一起，成為完整的資料。這個做法好像用字母拼字，例如用 26 個英文字母不同的連接，就能拼出許多不同的字。Catalog 並沒有公佈生物技術的細節，但估計成本可降至1 GB 僅需 0.003 美分。

   DNA 可以說是最小的最大倉儲，有人估算，把全球有史以來拍攝的影片儲存在 DNA，所占的空間不過一塊方糖的大小，如果把地球上所有資料全部轉換成 DNA 儲存，那也不過是裝在一輛汽車的後車箱就夠了。DNA 還有一個好處，只要存放在 4°C 的環境，可以保存一萬年。

   有了大數據 (Big Data)，就需要大倉儲 (Big Storage)，在 Catalog 之前，許多數位公司都在尋找物理以外的儲存媒介，生物儲存成為大家不約而同的選擇。數位資料轉換成 DNA 再轉回成數位資料，不會是像硬碟讀取那麼便利，以大批需長久保存、變動又不大的資料，最具經濟效益。

   至於我們時候什麼才能買到幾條 DNA，插到電腦或手機裡？即使可能，恐怕要很久以後了，至少現在還不是這樣的概念。

   下面的簡圖，是微軟發展的 DNA 儲存系統，資料 存取流程的基本概念，PCR Thermocycler 是 DNA 放大器。

DNA 資料存取流程示意簡圖。圖片：微軟