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“生命是一本打开的书”我们把细菌变作图书馆吧

“生命是一本打开的书”,这本来是个比喻,但如今科学家已把它变作了现实。现在,我们可以把一整座图书馆的图书、影像资料,都存放到活的生物体上,并通过它们代代相传。尽管目前科学家所使用的材料还仅是单细胞生物,但终有一天,可以储存到植物、动物,甚至人身上。

垃圾基因的妙用

奥秘在于DNA。虽然生命活动离不开DNA,但是在DNA上,存在着大量不参与生命活动的基因,叫做“垃圾基因”。垃圾基因虽然在生物进化的某个时期,可能是有用的、活跃的,但如今已失去活性,变得“沉默”。它们在DNA上所占比例还不小,从40%到90%不等。

垃圾基因除了不活跃,其他方面跟普通基因一模一样,也由四个碱基编码。但因为没什么用处,你要是把它们删去,或是用别的编码代替,也不影响生命活动。这就为在活的机体中,储存我们自己想要的信息提供了方便。

DNA能储存信息的道理很简单。我们知道,在电脑上任何文件都可以用二进制的0和1来编码储存,那是因为电脑上运算和储存采用的是二进制。但任何信息同样也可以采用其他进制来编码、运算、储存,比如用四进制。而DNA上有四个碱基A、G、C、T,正好是一组天然的四进制码。

同样长度的四进制信息,其信息容量是二进制的2倍。这个道理也很简单。譬如让AGCT四进制码跟01二进制码做如下对应:A-00,G-01,C-10,T-11。那么一段二进制码信息如01011011,只需编码成GGCT即可。后者的长度仅是前者的1/2。

把视频文件存到生物体上

此前,科学家已成功实现了图片和文本文件的DNA存储。既然任何视频都可分解成一帧帧图片,那么顺理成章的是,把视频文件也储存到了DNA上。最近,哈佛大学的科学家成功做到了这一点。

他们将表现一匹马在奔跑的五张图片逐一编码进人工合成的DNA片段上。然后,把含有第一张图片信息的DNA片段注射到数千株大肠杆菌中。在一定的控制条件下,大肠杆菌很快就把这些片段剪切、粘贴到了自己的DNA序列中。然后科学家又在它们身上依次注入含第二、第三、第四、第五张图片的DNA片段。大肠杆菌也一一把它们剪切、粘贴到自己的DNA序列中。此后一段时间,大肠杆菌经过繁殖,数量倍增。

为了检查效果,科学家对这样的60万株大肠杆菌进行了DNA测序。他们惊讶地发现,在剪切、粘贴的过程中,竟然没有一个编码出差错(比如把本来的编码“A”,错成“C”),而且图片顺序也没出现任何颠倒(比如把第三张图片插到了第一、二张中间)。这样储存得到的,正是一个完整的视频文件。

信息储存在活细菌上的好处

首先是细菌存储的信息量大,且体积小。据计算,1克双链DNA可以编码存储的信息量可达1000亿个DVD光盘。当然,一座图书馆的信息不可能塞进一个细菌。可以计算一下,1条DNA的重量大约为10-12克,那么相当于要用10个细菌来存1个DVD光盘的内容。对于一座大型图书馆的信息,需要上千万个细菌才能存下,但上千万个细菌也只有小沙粒的百分之一大。

其次,把信息储存在活的细菌上,一个显而易见的好处是,这些信息可以随着细菌繁殖,被不断地复制。因为细菌的繁殖速度很快,一座“图书馆”瞬间就可以变作上万座含有同样内容的“图书馆”。

此外,某些生活在地下的细菌,抗核辐射能力极强。如果地球上发生核战争,存放在图书馆、电脑上的资料或许很容易被摧毁,但储存在这些细菌上的资料却是不容易摧毁的。

最后,未来我们殖民外星球,只要带上一些细菌,就可以在外星球上重建一座座图书馆啦。

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