Salvare per l'eternità

I rotoli di pergamena risalenti a migliaia di anni fa ci permettono di conoscere le culture antiche e le conoscenze dei nostri antenati. Nell'era digitale, tuttavia, gran parte del nostro sapere è memorizzato su server e dischi rigidi che difficilmente dureranno per migliaia di anni. I ricercatori sono quindi alla ricerca di nuovi modi per archiviare grandi quantità di dati a lungo termine. Particolare attenzione è rivolta a un supporto di memorizzazione presente in natura: il materiale genetico DNA.

Il DNA si presta a questo scopo, in quanto è possibile immagazzinare grandi quantità di informazioni in modo compatto. Tuttavia, i dati non possono necessariamente essere recuperati senza errori: La decomposizione chimica del DNA e gli errori durante la lettura provocano lacune e informazioni errate nei dati codificati. I ricercatori guidati da Robert Grass, docente presso il Dipartimento di chimica e scienze biologiche applicate dell'ETH di Zurigo, hanno ora dimostrato come sia possibile ottenere una memorizzazione a lungo termine priva di errori, forse anche per più di un milione di anni. In primo luogo, incapsulano i frammenti di DNA contenenti informazioni nel biossido di silicio (vetro) e, in secondo luogo, utilizzano un algoritmo per correggere gli errori nei dati letti.

Mantello fossile artificiale

Ben due anni fa, i ricercatori hanno dimostrato che i dati possono essere memorizzati e letti sotto forma di DNA. Tra la "scrittura" dell'informazione - cioè la sintesi della corrispondente sequenza di DNA codificante - e la sua lettura passava solo un breve lasso di tempo. Anche con periodi di tempo così brevi, la suscettibilità agli errori rappresentava un problema, poiché gli errori si verificano durante la scrittura e la lettura del DNA. Chi siamo, inoltre, può modificare considerevolmente il DNA a causa della sua reazione chimica con l'ambiente. Questo rappresenta un ostacolo per la conservazione a lungo termine. Tuttavia, il materiale genetico risalente a diverse centinaia di migliaia di anni fa può essere isolato e analizzato dalle ossa fossili, poiché è incapsulato e protetto al loro interno. "Come in queste ossa, volevamo proteggere il DNA portatore di informazioni con un guscio artificiale", spiega Robert Grass.

Il suo team ha inserito il DNA in sfere di biossido di silicio con un diametro di circa 150 nanometri. Le informazioni scritte nel DNA dai ricercatori erano la Carta Federale Svizzera del 1291 e la "Metodologia dei teoremi meccanici di Archimede". Per simulare il decadimento del DNA portatore di informazioni per lunghi periodi di tempo, i ricercatori lo hanno conservato per un mese a temperature comprese tra 60 e 70 gradi Celsius. Temperature così elevate permettono di riprodurre in poche settimane il decadimento chimico di diversi secoli. In questo modo, i ricercatori hanno confrontato la conservazione del DNA in un rivestimento di silicato con altri metodi di conservazione comuni: essiccato su carta da filtro e incorporato in un polimero. Le molecole nel rivestimento di silicato si sono dimostrate particolarmente stabili. È stato possibile estrarre facilmente il DNA dal materiale utilizzando una soluzione di fluoruro e leggerne le informazioni.

Poiché l'inclusione nel biossido di silicio corrisponde approssimativamente a quella delle ossa fossili, i ricercatori hanno potuto attingere a questi dati preistorici sulla stabilità a lungo termine del DNA incapsulato. Da qui hanno calcolato la loro previsione: se conservate a basse temperature, come nel caveau globale dei semi a Spitsbergen a meno 18 gradi Celsius, le informazioni codificate nel DNA potrebbero durare per Chi siamo un milione di anni. In confronto, i dati su microfilm possono essere conservati "solo" per circa 500 anni.

Recuperare i punti dati persi

Tuttavia, non è sufficiente conservare il vettore di informazioni per periodi così lunghi senza subire danni significativi; i dati devono anche poter essere riletti senza errori. Grazie agli enormi progressi nelle tecnologie di sequenziamento del DNA, la lettura dei dati memorizzati in questo modo è ora accessibile e probabilmente diventerà ancora più economica in futuro. Tuttavia, queste tecnologie non sono esenti da errori.

Per risolvere questo problema, Reinhard Heckel dell'Istituto di tecnologia delle comunicazioni dell'ETH di Zurigo ha sviluppato un metodo per la correzione degli errori. Questo metodo si basa sui cosiddetti codici Reed-Solomon, simili a quelli utilizzati nelle trasmissioni di dati su lunghe distanze, ad esempio nel traffico radio delle sonde spaziali. La chiave di questo metodo è costituita da informazioni aggiuntive allegate ai dati reali, spiega Heckel. "Per definire una parabola, in realtà servono solo tre punti. Sebbene i dati codificati nel DNA comportino un grado di complessità maggiore, il principio del "backup" di sicurezza dei ricercatori, codificato nel DNA, funziona esattamente allo stesso modo. Anche se conservate in condizioni sfavorevoli, le informazioni memorizzate nel test, cioè la Carta Federale Svizzera e il testo di Archimede, potrebbero essere ripristinate senza errori grazie a questa correzione degli errori.

Quali informazioni potrebbe conservare per milioni di anni? Documenti riconosciuti dall'Unesco come particolarmente significativi (Memoria del Mondo), dice Robert Grass. E Wikipedia. "Alcune cose sono descritte in modo dettagliato, altre meno. Probabilmente questo fornisce una buona panoramica di ciò che la nostra società conosce oggi e di ciò che la riguarda e in che misura".