把細菌變作圖書館

呂之品

“生命是一本打開的書”，這本來是個比喻，但如今科學家已把它變作了現(xiàn)實。現(xiàn)在，我們可以把一整座圖書館的圖書、影像資料，都存放到活的生物體上，并通過它們代代相傳。盡管目前科學家所使用的材料還僅是單細胞生物，但終有一天，可以儲存到植物、動物，甚至人身上。

垃圾基因的妙用

奧秘在于DNA。雖然生命活動離不開DNA，但是在DNA上，存在著大量不參與生命活動的基因，叫做“垃圾基因”。垃圾基因雖然在生物進化的某個時期，可能是有用的、活躍的，但如今已失去活性，變得“沉默”。它們在DNA上所占比例還不小，從40%到90%不等。

垃圾基因除了不活躍，其他方面跟普通基因一模一樣，也由四個堿基編碼。但因為沒什么用處，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。這就為在活的機體中，儲存我們自己想要的信息提供了方便。

DNA能儲存信息的道理很簡單。我們知道，在電腦上任何文件都可以用二進制的0和1來編碼儲存，那是因為電腦上運算和儲存采用的是二進制。但任何信息同樣也可以采用其他進制來編碼、運算、儲存，比如用四進制。而DNA上有四個堿基A、G、C、T，正好是一組天然的四進制碼。

同樣長度的四進制信息，其信息容量是二進制的2倍。這個道理也很簡單。譬如讓AGCT四進制碼跟01二進制碼做如下對應：A-00，G-01，C-10，T-11。那么一段二進制碼信息如01011011，只需編碼成GGCT即可。后者的長度僅是前者的1/2。

把視頻文件存到生物體上

此前，科學家已成功實現(xiàn)了圖片和文本文件的DNA存儲。既然任何視頻都可分解成一幀幀圖片，那么順理成章的是，把視頻文件也儲存到了DNA上。最近，哈佛大學的科學家成功做到了這一點。

他們將表現(xiàn)一匹馬在奔跑的五張圖片逐一編碼進人工合成的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、粘貼到了自己的DNA序列中。然后科學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。此后一段時間，大腸桿菌經(jīng)過繁殖，數(shù)量倍增。

為了檢查效果，科學家對這樣的60萬株大腸桿菌進行了DNA測序。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，在剪切、粘貼的過程中，竟然沒有一個編碼出差錯（比如把本來的編碼“A”，錯成“C”），而且圖片順序也沒出現(xiàn)任何顛倒（比如把第三張圖片插到了第一、二張中間）。這樣儲存得到的，正是一個完整的視頻文件。

信息儲存在活細菌上的好處

首先是細菌存儲的信息量大，且體積小。據(jù)計算，1克雙鏈DNA可以編碼存儲的信息量可達1000億個DVD光盤。當然，一座圖書館的信息不可能塞進一個細菌。可以計算一下，1條DNA的重量大約為10-12克，那么相當于要用10個細菌來存1個DVD光盤的內(nèi)容。對于一座大型圖書館的信息，需要上千萬個細菌才能存下，但上千萬個細菌也只有小沙粒的百分之一大。

其次，把信息儲存在活的細菌上，一個顯而易見的好處是，這些信息可以隨著細菌繁殖，被不斷地復制。因為細菌的繁殖速度很快，一座“圖書館”瞬間就可以變作上萬座含有同樣內(nèi)容的“圖書館”。

此外，某些生活在地下的細菌，抗核輻射能力極強。如果地球上發(fā)生核戰(zhàn)爭，存放在圖書館、電腦上的資料或許很容易被摧毀，但儲存在這些細菌上的資料卻是不容易摧毀的。

最后，未來我們殖民外星球，只要帶上一些細菌，就可以在外星球上重建一座座圖書館啦。