La recente notizia della conservazione del genoma umano su un “cristallo di memoria 5D” rappresenta un passo rivoluzionario nella scienza della conservazione dei dati genetici e delle specie viventi. Questo cristallo, sviluppato dai ricercatori dell’Università di Southampton, è in grado di contenere l’intero codice genetico umano e di altre specie, offrendo una soluzione potenzialmente eterna per la conservazione di informazioni essenziali per la biodiversità e l’esistenza umana. Questa nuova tecnologia si basa su cristalli di silice, che sfruttano cinque dimensioni (due ottiche e tre spaziali) per memorizzare dati a una scala nanometrica, garantendo una resistenza a lungo termine senza precedenti.
La tecnologia alla base di questo cristallo è notevole sia per la sua capacità di memorizzazione, che per la sua durata. Con la possibilità di conservare fino a 360 terabyte di dati, il cristallo è in grado di sopravvivere a condizioni ambientali estreme, come temperature fino a 1000 gradi Celsius e l’esposizione a radiazioni cosmiche. Questa stabilità lo rende ideale per la conservazione a lungo termine di informazioni che potrebbero essere cruciali in un futuro lontano, quando potrebbero essere necessarie tecnologie avanzate per riportare in vita organismi complessi a partire dal loro DNA.
La tecnologia
I cristalli di silice utilizzati per l’archiviazione dei dati in cinque dimensioni sfruttano una tecnologia avanzata chiamata “5D optical data storage“. Si tratta di un sistema che utilizza impulsi laser ultraveloci per creare nanostrutture all’interno di un cristallo di silice. Questo approccio offre la possibilità di archiviare dati con una densità molto maggiore rispetto ai supporti tradizionali.
I cristalli vengono colpiti da impulsi laser a femtosecondi (impulsi della durata di un quadrilionesimo di secondo), che creano nanostrutture microscopiche chiamate voxels all’interno del cristallo. Ogni voxel può memorizzare informazioni modificando le proprietà ottiche del materiale a livello locale, creando quindi un “bit” di dati in tre dimensioni spaziali. La tecnologia “5D” non si riferisce a dimensioni fisiche aggiuntive, ma a parametri differenti che si utilizzano per codificare i dati. Le cinque dimensioni che vengono utilizzate in questo sistema sono:
- X, Y e Z (le tre dimensioni spaziali): rappresentano la posizione precisa del voxel all’interno del cristallo.
- Intensità della luce: la quantità di energia utilizzata per creare un voxel influisce sulle sue caratteristiche ottiche, quindi è un’altra dimensione di variabilità.
- Orientamento: la direzione dell’orientamento della struttura interna del voxel rispetto all’asse del cristallo fornisce ulteriori informazioni.
Questi parametri permettono di immagazzinare più informazioni in ogni voxel rispetto a un normale bit binario (0 o 1), aumentando enormemente la capacità di archiviazione. Un microscopio ottico polarizzato viene utilizzato per leggere i dati. L’interazione della luce polarizzata con il voxel permette di rilevare le informazioni memorizzate basate sull’intensità, l’orientamento e la posizione.
Conservazione della vita e biodiversità
Oltre alla conservazione del genoma umano, questo cristallo può essere utilizzato per proteggere i dati genetici di specie in via di estinzione. In un mondo sempre più vulnerabile ai cambiamenti climatici, alla perdita di habitat e alle catastrofi globali, il rischio di estinzione di numerose specie è in crescita. Questo progetto mira a preservare la biodiversità attraverso l’immagazzinamento sicuro del DNA di piante e animali minacciati, offrendo la possibilità di riportare in vita specie scomparse qualora la tecnologia lo consenta.
La straordinaria longevità dei cristalli di memoria 5D li rende ideali per la conservazione di informazioni vitali per migliaia o milioni di anni. I ricercatori hanno sottolineato che, sebbene oggi non sia possibile ricreare esseri viventi complessi partendo esclusivamente dal loro codice genetico, questa tecnologia apre la strada a future possibilità. Già nel 2010, il team di Craig Venter aveva creato con successo un batterio sintetico in laboratorio, dimostrando come le informazioni genetiche possano essere utilizzate per generare vita in forma controllata. Se la scienza continuerà a progredire in questa direzione, il cristallo 5D potrebbe diventare una fonte preziosa per restaurare interi ecosistemi e ripristinare specie perdute.
Un’eredità per il futuro
L’iniziativa si inserisce in un contesto più ampio di protezione del patrimonio genetico umano e naturale per le future generazioni. I cristalli contenenti dati genetici sono stati progettati non solo per essere estremamente durevoli, ma anche per essere comprensibili da civiltà future, umane o artificiali, che potrebbero non avere conoscenza della nostra epoca o delle nostre tecnologie. Sul cristallo, infatti, sono inscritti simboli che spiegano la struttura del DNA e forniscono istruzioni su come decodificare le informazioni genetiche. In particolare, sono riportati i quattro elementi fondamentali della vita (idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto) e la sequenza di basi del DNA (adenina, citosina, guanina e timina) con la loro struttura molecolare.
Questo rende il cristallo una sorta di “capsula del tempo” genetica, destinata a essere scoperta da eventuali civiltà future o intelligenze artificiali avanzate. La capacità del cristallo di conservare i dati anche in ambienti estremi e il suo potenziale di durare miliardi di anni ne fanno un prezioso strumento per la preservazione della conoscenza biologica umana e non. La possibilità di un uso futuro per ricreare esseri viventi, seppur ancora lontana, rende questo progetto una speranza concreta contro la minaccia dell’estinzione.
Applicazioni e sviluppi futuri
Le applicazioni di questa tecnologia sono ampie e non si limitano alla conservazione genetica. I cristalli di memoria 5D possono essere utilizzati anche per archiviare altre tipologie di dati critici per la civiltà umana, come informazioni storiche, scientifiche e culturali, rendendoli una risorsa per la sopravvivenza del sapere umano in caso di eventi catastrofici. Attualmente, alcuni cristalli sono già stati collocati nel “Memory of Mankind”, una capsula del tempo situata in una grotta di sale a Hallstatt, in Austria, un archivio pensato per proteggere la conoscenza umana per millenni.
Trust in Science 
Scusa ma non capisco: da quando è nata la vita sulla terra si sono estinte milioni di specie animali e vegetali perché questa è una legge di natura: perché mai adesso dovremmo violentare la natura rifabbricando artificialmente le specie che oggi, seguendo il loro corso naturale, vanno a estinguersi? La biodiversità non si è sempre conservata nonostante tutte le estinzioni che si sono verificate? A me, sinceramente, questo delirio di onnipotenza fa molta paura. E, a giudicare dal tema del tuo libro, dovrebbe fare paura anche a te.
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Ciao Barbara, non si tratta di rifabbricare artificialmente le specie, ma solamente di lasciare il codice genetico in eredità, così che in un ipotetico futuro, “qualcuno” potrebbe studiare come eravamo fatti.
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Queste sono le intenzioni di chi ci lavora in buona fede… Ma tu hai dedicato un intero libro – estremamente realistico – a ciò che succede quando queste cose finiscono in mano a tutt’altro tipo di persone. È di questo che sto parlando. E tutto ciò che esiste prima o poi finisce nelle mani sbagliate: è sempre successo e sempre succederà.
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Qui non si parla di creare nuovi genomi, ma di creare un archivio di quelli esistenti e di quelli estinti a futura memoria. Sulla durata “eterna” dei dati sul cristallo sono scettico perché la tecnologia va talmente veloce che non è possibile testare sul campo la longevità dei device. Il cristallo potrebbe avere una criticità e i dati incisi potrebbero diventare illeggibili dopo qualche tempo: dopotutto da quanti anni esiste questa tecnologia? Oltretutto i lettori dei cristalli potrebbero non venire più prodotti. Pensiamo a che fine hanno fatto le fotografie su carta (che pure sono durate anni), le videocassette, i DVD. Tutte tecnologie superate nel volgere di una decina d’anni. Ed erano anche tecnologie super diffuse.
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Anche questo è vero, ma se pensi che al giorno d’oggi siamo riusciti a decifrare gli antichi geroglifici egizi e altri alfabeti estinti, non è da escludere che si potrà decifrare anche il nostro codice genetico inciso nel cristallo. Per quanto riguarda la resistenza fisica del materiale, potresti avere ragione, anche se attualmente il cristallo è il materiale più resistente conosciuto, quindi non si poteva trovare di meglio.
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