La Lettura, 17 maggio 2026
La biochimica del computer
Una delle necessità ormai ineludibili per il mondo dell’informatica è quella di trovare sistemi di archiviazione sempre più potenti e sicuri. Già nel 2011 la Ibm aveva calcolato che il 90% di tutti i dati prodotti dall’uomo risaliva al solo bienno precedente e stimava per il 2012 la cifra complessiva di 2,7 ZB (1 zettabyte = 10²¹ byte), ma già nel 2018 eravamo a 33 ZB e ora (dato 2025) siamo a 175 ZB di informazioni globali. Una mole di dati, in cui rientrano, ad esempio, tutte le nostre ricerche su Google, tutti i messaggi di testo e i post sui social media, gli esami clinici, le immagini della Nasa e tutti gli esperimenti al Large Hadron Collider del Cern di Ginevra... Oggi, la capacità di produrre dati aumenta a un ritmo precipitoso, stimata fino a 40 ZB annuali, a causa della vastissima diffusione dell’internet of things (internet delle cose), ovvero l’applicazione di internet ad oggetti reali, protesi, sensori di ogni tipo, e persino luoghi dotati di dispositivi elettronici, in grado di scambiare dati con altri oggetti connessi: il nostro mondo attuale, l’infosfera nella quale ci muoviamo, relazioniamo, in una parola viviamo e creiamo memorie.
È questa una sfida tecnico-concettuale per tutti gli archivisti ben consapevoli che la gigantesca mole di dati che necessitano di un’archiviazione duratura nel tempo non possono trovare supporto né in hard disk né in nastri magnetici (troppo deperibili, la loro durabilità non va oltre i 50 anni). Dinnanzi a questa realtà è evidente che un registro di quattro lettere, composto di miliardi di sequenze che possono essere lette da destra a sinistra oppure da sinistra a destra (o ancora lette in copia speculare) si presta a sviluppi sino a oggi impensabili per la potenza delle dimensioni dei dati che è possibile archiviare e crittografare. Per nostra fortuna un simile registro ci è fornito dalla natura: le caratteristiche sopra esposte corrispondono alla composizione strutturale e alla logica del funzionamento del Dna, che si basa su reazioni molecolari di sintesi, lettura e modificazione delle sequenze che lo compongono, capaci di avvenire nel tempo di miliardesimi di secondo. Tutto ciò è in grado di assicurare una capacità di archiviazione e conservazione di straordinaria potenza, economicità e stabilità per millenni (se il Dna è mantenuto al buio e all’asciutto, semplicemente su carta).
La struttura molecolare del Dna permette inoltre di sviluppare una rivoluzionaria novità: la capacità di eseguire operazioni simili a quelle degli informatici, realizzando quello che viene chiamato molecular computing. Grazie alla possibilità di sequenziamento del Dna, infatti, date l’altissima specificità dell’appaiamento delle basi nucleotidiche e la disponibilità di strumenti molecolari (chimici, enzimatici eccetera), si possono compiere sintesi di sequenze in parallelo (l’equivalente del writing degli informatici) e la successiva lettura (il reading degli informatici). E questo Dna sintetico diviene così l’elemento materiale costitutivo dei Dna-based computer.
Le sequenze di Dna possono infatti funzionare come porte logiche, ben più potenti di quelle a base di silicio attualmente in uso: da qui nasce l’interesse per lo sviluppo di sistemi di calcolo che impieghino le logiche del Dna, in cui al posto degli attuali microprocessori ve ne siano altri materialmente costituiti di Dna. Le operazioni che il chip del processore può completare sono esaltate dalla grande quantità di operazioni che le molecole preposte al metabolismo del Dna sono in grado di compiere: tagliare, cucire, aggiungere, togliere, modificare, mescolare una sequenza formata da due stringhe complementari (le due eliche).
Già nel 2013 un buon esercizio per dimostrare la capacità di archiviazione del Dna è stato compiuto da Nick Goldman e collaboratori, che hanno sviluppato un sistema pratico, veloce ed economico in grado di registrare in una quantità di Dna equivalente a una punta di spillo (e che può mantenersi per centinaia di migliaia di anni a temperatura ambiente): i 154 sonetti di William Shakespeare, un Pdf del lavoro del 1953 di Watson e Crick sulla struttura del Dna, una fotografia dell’European Bioinformatics Institute (Embl-Ebi, l’Istituto di Goldman), un mp3 del discorso di Martin Luther King I Have a Dream e l’intero metodo di codifica di David Huffman, il dottorando che nel 1952 rivoluzionò la disciplina della teoria dell’informazione.
Un grammo di Dna ha una capacità di archiviazione di oltre un milione di cd poiché l’informazione digitale viene convertita in un sistema numerico di tre cifre (da bit a trit) al quale si assegna uno specifico nucleotide: è così possibile assemblare lunghe sequenze di Dna suscettibili poi di tutte le modificazioni molecolari che la molecola di Dna permette di eseguire. Per convincere gli investitori della potenza del sistema di Dna digital data storage Nick Goldman lo presentò al forum mondiale di economia di Davos nel 2015 dimostrando come le prime parole del sonetto 18 di Shakespeare Thou art more lovely and more temperate potesse trasformarsi nella sequenza TAGATGTGTACAGACTACGC. Per stimolare l’interesse dei (facoltosi) presenti, distribuì a tutti loro delle provette contenenti del Dna codificante 1 Bitcoin ed assicurandone il possesso al primo che avesse decodificato (letto) il file (la sequenza) di Dna. Va detto che solo il 19 gennaio 2018 Sander Wuyts (un dottorando belga dell’Università di Anversa) riuscì nell’impresa. Oggi l’intera informazione in internet è stimata in circa 175 ZB: ebbene può essere archiviata in un volume di Dna equivalente a quello di un cubetto di zucchero!
La prova indiretta della straordinaria capacità di archiviazione e di informazione (genetica in questo caso) del Dna è sotto gli occhi di tutti noi: gli esseri viventi esprimono la più alta complessità strutturale e funzionale e sono codificati dagli acidi nucleici che possono fungere da elementi di memoria (archivio) e da unità di calcolo. Nei computer a Dna non vi sono né formule né calcoli binari: i dati sono i miliardi di sequenze delle basi nucleotidiche di cui è fatto il Dna (Adenina, Timidina, Citosina, Guanina) considerati come codici di informazione e che possono organizzarsi in miliardi di possibili stringhe. Inoltre, la struttura a doppia elica del Dna costituisce una coppia di stringhe, e così un piccolissimo frammento della molecola di Dna può divenire un microprocessore capace di elaborare e svolgere operazioni molto complesse.
Si intuisce bene la potenza di calcolo di un genoma di mammifero: se ponessimo anche solo un centinaio di miliardi di basi di Dna in provetta (con uno spazio occupato di circa 20 Å, circa 200 milionesimi di mm), l’ordine di grandezza delle decine di migliaia di terabyte (10¹²) di informazioni è facilmente raggiungibile. La natura, che nulla spreca, impiega il Dna come sistema di archiviazione dell’informazione da 3,5 miliardi di anni! Tutta l’informazione necessaria per sviluppare un corpo umano è archiviata in circa 3,2 miliardi di basi (il genoma umano): così, ciascun nucleo di ciascuna cellula contiene 800 MB di informazione. Considerando che un nucleo di cellula umana ha un diametro di circa 10 micrometri, la densità di archiviazione dei dati è di 12.000.000 di bits su micrometro al cubo confrontata con i 4.293 bits su micrometro al quadrato di un hard disk.
Oltre alla durata eccezionale nel tempo lo stoccaggio su Dna ha il grande pregio di non richiedere gli elevatissimi costi energetici dei data center odierni a fronte della incomparabile densità di memorizzazione. Gli attuali limiti nello sviluppo di questi sistemi sono essenzialmente economici per la necessità di automazione dei sistemi (così da assicurare velocità). Questo richiede l’impiego di elementi delle terre rare per produrre semiconduttori che impiegano enzimi per trattare il Dna.
Ne consegue che siamo ancora in una fase tipica delle tecnologie emergenti con poche imprese coinvolte. Tra queste Microsoft, Iridia, Biomemory, Catalog e la australiana Cortical labs. Quest’ultima si è portata ben oltre la semplice archiviazione a base Dna elaborando sistemi che coniugano l’impiego di microprocessori a base di elementi delle terre rare con chip contenenti neuroni umani così da confezionare computer biologici di cui ha dotato già ben due data center, uno a Melbourne e uno a Singapore.
Dinnanzi a queste innovazioni, che in pochi anni diverranno parte della nostra realtà, sorge spontanea la domanda: che ne sarà degli storici tra qualche decina di anni!? Senza più supporti cartacei né nastri magnetici né hard disk, come potranno lavorare per conservare la memoria dell’umanità? Dovranno studiare biologia molecolare!