把細(xì)菌變作圖書(shū)館

呂之品

“生命是一本打開(kāi)的書(shū)”，這本來(lái)是個(gè)比喻，但如今科學(xué)家已經(jīng)把它變成了現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在，我們可以把一整座圖書(shū)館的圖書(shū)、影像資料，都存放到活的生物體上，并通過(guò)它們代代相傳。盡管目前科學(xué)家所使用的材料僅是單細(xì)胞生物，但終有一天，植物、動(dòng)物，甚至人也可以成為儲(chǔ)存載體。

垃圾基因的妙用

奧秘在于DNA。雖然生命活動(dòng)離不開(kāi)DNA，但是DNA上存在著大量不參與生命活動(dòng)的基因，叫作“垃圾基因”。垃圾基因雖然在生物進(jìn)化的某個(gè)時(shí)期，可能是有用的、活躍的，但如今已失去活性，變得“沉默”。它們?cè)贒NA上所占的比例還不小，為40%～90%。

垃圾基因除了不活躍，其他方面跟普通基因一模一樣，也有4個(gè)堿基編碼。但因?yàn)闆](méi)什么用處，你要是把它們刪去，或是用別的編碼代替，也不影響生命活動(dòng)。這就為在活的機(jī)體中儲(chǔ)存我們想要的信息提供了方便。

DNA能儲(chǔ)存信息的道理很簡(jiǎn)單。我們知道，在電腦上任何文件都可以用二進(jìn)制的0和1來(lái)編碼儲(chǔ)存，那是因?yàn)殡娔X運(yùn)算和儲(chǔ)存采用的是二進(jìn)制。而任何信息同樣也可以采用其他進(jìn)制來(lái)編碼、運(yùn)算、儲(chǔ)存，比如用四進(jìn)制。而DNA上的4個(gè)堿基A、G、C、T，正好是一組天然的四進(jìn)制碼。

同樣長(zhǎng)度的四進(jìn)制信息，其信息容量是二進(jìn)制的幾倍。這個(gè)道理也很簡(jiǎn)單，譬如讓A、G、C、T四進(jìn)制碼跟0和1二進(jìn)制碼做如下對(duì)應(yīng)：A-00、G-01、C-10、T-11，那么一段二進(jìn)制碼信息如01011011，只需編碼成GGCT即可，而且后者的長(zhǎng)度僅是前者的1/2。

把視頻文件存到生物體上

此前，科學(xué)家已成功實(shí)現(xiàn)了圖片和文本文件的DNA存儲(chǔ)。既然任何視頻都可分解成一幀幀圖片，那么把視頻文件儲(chǔ)存到DNA上也是順理成章的。最近，哈佛大學(xué)的科學(xué)家成功做到了這一點(diǎn)。

他們將表現(xiàn)一匹馬在奔跑的5張圖片逐一編碼進(jìn)人工合成的DNA片段上。然后，把含有第一張圖片信息的DNA片段注射到數(shù)千株大腸桿菌中。在一定的控制條件下，大腸桿菌很快就把這些片段剪切、粘貼到自己的DNA序列中?？茖W(xué)家又在它們身上依次注入含第二、第三、第四、第五張圖片的DNA片段。大腸桿菌也一一把它們剪切、粘貼到自己的DNA序列中。此后一段時(shí)間，大腸桿菌經(jīng)過(guò)繁殖，數(shù)量倍增。

為了檢查效果，科學(xué)家對(duì)這樣的60萬(wàn)株大腸桿菌進(jìn)行了DNA測(cè)序。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，在剪切、粘貼的過(guò)程中，竟然沒(méi)有一個(gè)編碼出錯(cuò)（比如把本來(lái)的編碼“A”錯(cuò)轉(zhuǎn)成“C”），而且圖片順序也沒(méi)出現(xiàn)任何顛倒（比如把第三張圖片插到第一、第二張中間）。這樣儲(chǔ)存得到的，正是一個(gè)完整的圖片文件。

信息儲(chǔ)存在細(xì)菌上的好處

首先是細(xì)菌存儲(chǔ)的信息量大，且體積小。據(jù)計(jì)算，1克雙鏈DNA編碼存儲(chǔ)的信息量可達(dá)1000億張DVD光盤。當(dāng)然，一座圖書(shū)館的信息不可能塞進(jìn)一個(gè)細(xì)菌。可以計(jì)算一下，1條DNA的重量為10～12克，那么相當(dāng)于要用10個(gè)細(xì)菌來(lái)存1張DVD光盤的內(nèi)容。對(duì)于一座大型圖書(shū)館的信息，需要上千萬(wàn)個(gè)細(xì)菌才能存下，但上千萬(wàn)個(gè)細(xì)菌也只有小沙粒的百分之一大。

其次，把信息儲(chǔ)存在活的細(xì)菌上，一個(gè)顯而易見(jiàn)的好處是，這些信息可以隨著細(xì)菌繁殖，被不斷地復(fù)制。因?yàn)榧?xì)菌的繁殖速度很快，一座“圖書(shū)館”瞬間就可以變作上萬(wàn)座含有同樣內(nèi)容的“圖書(shū)館”。此外，某些生活在地下的細(xì)菌，抗核輻射能力極強(qiáng)。如果地球上發(fā)生核戰(zhàn)爭(zhēng)，存放在圖書(shū)館、電腦上的資料很容易會(huì)被摧毀，但儲(chǔ)存在這些細(xì)菌上的資料是不容易被摧毀的。

如果未來(lái)我們移居外星球，只要帶上一些細(xì)菌，就可以在外星球上重建一座座圖書(shū)館啦。