Один сперматозоїд зберігає 0,8 гігабайта генетичної інформації. Це еквівалент повнометражного фільму у якості Full HD. Під час одного сім’явивержевення передається від 24 до 960 мільйонів гігабайт даних. Такий обсяг перевищує сукупні архіви найбільших бібліотек планети. Природа створила найефективніше сховище інформації задовго до появи комп’ютерів.
Коли ми говоримо про великі дані, зазвичай уявляємо серверні ферми. Гігантські будівлі з тисячами комп’ютерів. Охолоджувальні системи, що споживають електроенергію цілих міст. Але природа розв’язала це питання мільярди років тому. І зробила це елегантно.
Людське тіло щодня виробляє інформаційні носії, які перевершують можливості найсучасніших технологій. Звучить як фантастика? Насправді — чиста біохімія та математика.
Математика генетичного коду
Кожен сперматозоїд несе гаплоїдний набір хромосом. Двадцять три штуки. Половина від повного людського геному. У цьому мікроскопічному пакеті — близько 3,2 мільярда пар нуклеотидів. Чотири літери генетичного алфавіту: аденін, тимін, гуанін, цитозин.
Як це перевести у звичні гігабайти? Досить просто. Кожна пара нуклеотидів кодується двома бітами інформації. Множимо 3,2 мільярда на 2. Отримуємо 6,4 мільярда біт. Ділимо на 8 — маємо 800 мільйонів байт. Це приблизно 800 000 кілобайт, або 0,8 гігабайта.
Для порівняння: середній фільм у форматі Full HD важить саме стільки. Netflix використовує близько 3 гігабайт на годину відео у високій якості. Отже, один сперматозоїд — це приблизно 15-20 хвилин потокового відео. Непогано для клітини, яку неможливо побачити без мікроскопа.
Масштаби природного трафіку
Тепер найцікавіше. Скільки таких носіїв передається одночасно? Медична статистика дає широкий діапазон. Мінімальна норма — 30 мільйонів сперматозоїдів. Максимальна — до 1,2 мільярда. Різниця у 40 разів залежить від віку, здоров’я, способу життя.
Візьмемо калькулятор. Мінімум: 30 мільйонів помножити на 0,8 гігабайта. Результат — 24 мільйони гігабайт. Або 24 петабайти. Максимум: 1,2 мільярда помножити на 0,8 гігабайта. Виходить 960 мільйонів гігабайт. Майже один ексабайт.
Що таке один ексабайт? За оцінками аналітиків, весь інтернет-трафік людства у 2005 році становив близько 1 ексабайта. Увесь! За цілий рік! А тут — один біологічний процес.
Порівняння з технологічними гігантами
Google зберігає приблизно 15 ексабайт даних у своїх центрах. Facebook — близько 300 петабайт. Amazon Web Services оперує сотнями ексабайт клієнтської інформації. Бібліотека Конгресу США, найбільша у світі, оцифрувала близько 20 петабайт матеріалів.
Виходить цікава картина. Один максимальний “пакет” біологічних даних дорівнює приблизно 6% сховища Google. Або трьом бібліотекам Конгресу. Звісно, це теоретичний підрахунок. Інформація у ДНК не така ж, як у комп’ютерних файлах. Але масштаби вражають.
До речі, чому природа така “марнотратна”? Навіщо передавати мільйони копій однієї інструкції? Відповідь проста: надійність. З мільярда носіїв лише один досягне мети. Решта — резервні копії. Біологічний RAID-масив, якщо хочете.
ДНК як технологія майбутнього
Вчені давно зрозуміли потенціал молекули ДНК. У 2012 році дослідники з Гарварду записали цілу книгу у синтетичну ДНК. 53 000 слів плюс ілюстрації. Вага носія — менше грама.
У 2017 році команда з Університету Вашингтона зберегла 200 мегабайт даних у штучній ДНК. Відеокліпи, документи, операційну систему. Щільність запису — 215 петабайт на грам. Теоретично, усю інформацію людства можна вмістити у контейнер розміром із взуттєву коробку.
Microsoft інвестує мільйони доларів у цю технологію. Компанія планує комерційні ДНК-сховища до 2030 року. Переваги очевидні: надзвичайна щільність, стабільність тисячі років, мінімальне енергоспоживання. Недоліки теж є: повільний запис і зчитування, висока вартість.
Історична перспектива
Людство пройшло довгий шлях у зберіганні інформації. Глиняні таблички Месопотамії — кілька кілобайт. Александрійська бібліотека — можливо, кілька гігабайт тексту. Перший жорсткий диск IBM 1956 року важив тонну та вміщував 5 мегабайт.
Сьогоднішня флешка на 1 терабайт важить 10 грамів. Прогрес очевидний. Але природа все одно попереду. Сперматозоїд важить приблизно 3 пікограми. Це 0,000000000003 грама. А несе він, нагадаємо, 0,8 гігабайта.
Щільність запису у біологічній системі — астрономічна. Жодна людська технологія поки не наблизилася до цього показника. Може, й не наблизиться ніколи.
Філософський вимір
Є у цих підрахунках щось більше за математику. Кожна клітина несе повну інструкцію для побудови людини. Колір очей, форма носа, схильність до хвороб, можливо — риси характеру. Мільярди років еволюції, закодовані у чотирьох літерах.
Древні культури вважали сперму носієм душі. Алхіміки шукали в ній життєву силу. Виявляється, вони були не так далеко від істини. Просто не знали слів “інформація” та “гігабайт”.
Сьогодні ми можемо виміряти цю “життєву силу” у конкретних одиницях. Парадокс: чим більше ми знаємо, тим більше дивуємося. Числа не зменшують таємницю. Вони роблять її більш вражаючою.
Практичні наслідки
Ці знання мають цілком прикладне значення. Репродуктивна медицина використовує їх для оцінки фертильності. Генетики — для розуміння спадкових захворювань. Криміналісти — для ідентифікації. Біотехнологи — для створення нових методів зберігання даних.
Цікавий факт: якість сперматозоїдів погіршується у розвинених країнах. За останні 50 років концентрація впала на 50-60%. Причини — екологія, харчування, стрес. Виходить, людство втрачає свої “сервери”? Тривожна аналогія.
Деякі компанії пропонують заморозити сперму “на майбутнє”. По суті, це створення резервної копії генетичної інформації. Біологічний бекап, якщо говорити мовою IT-спеціалістів.
Висновки та перспективи
Отже, що ми маємо? Один сперматозоїд — 0,8 гігабайта. Одне сім’явивержевення — від 24 до 960 мільйонів гігабайт. Природа випереджає найкращі людські технології на порядки величин. І робить це вже мільярди років.
Чи наздоженемо ми еволюцію? Можливо. ДНК-сховища даних стають реальністю. Через 20-30 років вони можуть замінити традиційні дата-центри. Іронія в тому, що ми будемо копіювати технологію, яка завжди була всередині нас.
А поки що варто просто оцінити масштаб. Наступного разу, коли почуєте про “великі дані” та “хмарні сховища”, згадайте цю статтю. Найбільший дата-центр у всесвіті — це не Google і не Amazon. Це живі організми, а людина — один із них.
