DNA的奇妙用途

許財(cái)翼

最近幾十年里，遺傳學(xué)給人們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)了許多革命性進(jìn)步，給農(nóng)業(yè)、刑偵、司法、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也帶來(lái)了巨大幫助。由于DNA分子信息儲(chǔ)存量巨大，且保存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)上千年，未來(lái)它還會(huì)給更多領(lǐng)域帶來(lái)進(jìn)步，比如美術(shù)、考古學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。DNA的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛，科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始在探索，有些成果讓人耳目一新。

識(shí)破偽裝，復(fù)活古人

人們頭發(fā)、眼睛、皮膚的顏色，以及面部長(zhǎng)相都由基因控制，因此只要知道一個(gè)人的DNA，就能知道他長(zhǎng)什么樣。

首先，這對(duì)警察破案非常有幫助。美國(guó)有一名慣犯，綽號(hào)“爬山虎”，他經(jīng)常蒙面作案，深夜?jié)撊刖用窦抑?。但是警察追捕很多年一直苦無(wú)線索，而且由于沒(méi)有掌握他的任何面部信息，因此無(wú)法張貼通緝告示。

不過(guò)，最近科學(xué)家從案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)提取了“爬山虎”的DNA，并試圖從DNA著手勾勒他的長(zhǎng)相，將之捉拿歸案。目前這項(xiàng)技術(shù)還處于初始階段，繪制不出高分辨率的人臉肖像，但它可以幫助我們確定罪犯的某些重要特征，并且規(guī)避人為因素的誤差。比如有些目擊者在事后錄制口供時(shí)，會(huì)因個(gè)人喜好對(duì)嫌犯進(jìn)行描述時(shí)添枝加葉；有些受害人因突遭“侵犯”而恐懼，可能遺忘某些重要細(xì)節(jié)。在新技術(shù)的幫助下，這些弊端都能規(guī)避。

其次，這種面部分析技術(shù)也可以應(yīng)用在考古學(xué)上。英國(guó)歷史上有一位理查德三世國(guó)王，在位時(shí)間很短，也沒(méi)有遺留畫像，后世對(duì)他的描繪是長(zhǎng)著黑色頭發(fā)，有著青灰色眼睛。近期考古學(xué)家在英國(guó)一個(gè)停車場(chǎng)地底下發(fā)現(xiàn)了他的遺骸，科學(xué)家從中采集DNA分析后發(fā)現(xiàn)，理查德三世的眼睛有96%的概率為藍(lán)色，頭發(fā)有77%的概率為金色。

同樣借助這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家能勾勒出2萬(wàn)多年前尼安德特人的外貌特征，他們很可能長(zhǎng)著紅色的頭發(fā)和白皙的皮膚。而且通過(guò)DNA技術(shù)，科學(xué)家還可以復(fù)活猛犸象、渡渡鳥(niǎo)及其他滅絕物種，只要從遺骸中能提取到它們的DNA，并進(jìn)行測(cè)序，就可以借近親物種孕育并復(fù)活它們，比如在大象體內(nèi)孕育猛犸象幼仔。理論上，如果以現(xiàn)代人類代孕，科學(xué)家相信可以復(fù)活一個(gè)紅頭發(fā)的尼安德特人。至于復(fù)活恐龍則不太可能，因?yàn)?500萬(wàn)年前滅絕后，它們的DNA早已在漫長(zhǎng)歷史中降解為碎片，無(wú)法復(fù)原。

鑒別食物與名畫真?zhèn)?/p>

雞鴨牛羊肉很好分辨，可是魚(yú)的種類太多，市面上價(jià)格差別也大，如果以次充好，我們是很難分辨出來(lái)的。美國(guó)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這種事，零售店約1/5的魚(yú)被貼錯(cuò)了標(biāo)簽；壽司店更甚，大多數(shù)時(shí)候只用一種魚(yú)作原料，來(lái)制作菜單上各種魚(yú)的菜品；還有些飯店以昂貴的魚(yú)標(biāo)價(jià)，下鍋時(shí)則用便宜的魚(yú)代替。這種“渾水摸魚(yú)”的情況讓一般消費(fèi)者很難分辨。我們?cè)撛趺崔k？

DNA代碼分析就可以識(shí)破真相。只要從魚(yú)肉中提取DNA并測(cè)序，科學(xué)家就能立刻分辨魚(yú)的種類，而且很容易上手。未來(lái)隨著科技進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將應(yīng)用于一個(gè)簡(jiǎn)便的手持設(shè)備——DNA識(shí)別器。屆時(shí)，十幾歲的孩子也能用這種設(shè)備來(lái)分辨魚(yú)的種類，用來(lái)檢驗(yàn)飯店是否有欺詐行為，是否以次充好。我們買東西時(shí)，也可以用這種設(shè)備來(lái)檢驗(yàn)是否買到了貨真價(jià)實(shí)的商品，比如珍貴又難分辨的藍(lán)鰭金槍魚(yú)。

除了鑒別食物真?zhèn)危珼NA代碼分析還可以用于鑒別藝術(shù)品的真?zhèn)?。全球藝術(shù)品市場(chǎng)每年的交易額高達(dá)數(shù)十億美元，但專家估計(jì)其中40%是仿冒品。專業(yè)鑒定機(jī)構(gòu)固然可以鑒別真?zhèn)?，但俗話說(shuō)“道高一尺，魔高一丈”，如果偽造者技藝精湛，仿冒品完全有可能蒙混過(guò)關(guān)。

為此，科學(xué)家建議在藝術(shù)品上附一個(gè)小小的塑料標(biāo)記，標(biāo)記里含有特定的DNA代碼。這個(gè)DNA代碼不是藝術(shù)家自己的，因?yàn)閭卧煺呖梢詮乃囊路?、頭發(fā)，甚至垃圾里獲取到藝術(shù)家的DNA，容易造假。相反，這個(gè)特定代碼可以是來(lái)自其他某種物質(zhì)的DNA片段，這樣的DNA就不容易獲取。將來(lái)驗(yàn)證真?zhèn)螘r(shí)，只需從塑料標(biāo)記中提取DNA，然后對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)里的信息，兩者如果吻合，就表明是藝術(shù)真跡。

紡織黃金，防范病毒

目前在發(fā)達(dá)國(guó)家，DNA已成為一種時(shí)尚的藝術(shù)媒介。DNA是一串長(zhǎng)長(zhǎng)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，由四種核苷酸構(gòu)成。這四種核苷酸排列有序，可分別用A、C、G和T代表。為此有的科學(xué)家編寫了電腦程序，能把A、C、G和T的有序排列“翻譯”成音符的有序排列，如哆、來(lái)、咪、發(fā)等等，這就是我們?nèi)祟惸芾斫獾臉?lè)譜。

有的藝術(shù)家利用基因技術(shù)創(chuàng)作藝術(shù)作品，比如熒光海岸繪畫，染料里面摻入了一種轉(zhuǎn)基因細(xì)菌，它們?cè)谝欢l件下可以發(fā)光。因此，這些細(xì)菌一旦發(fā)光，整幅繪畫就閃閃發(fā)亮，像真正的熒光海岸一樣。

美國(guó)和日本科學(xué)家研發(fā)了轉(zhuǎn)基因桑蠶，這種蠶所吐的蠶絲具有多重特性，如兼具蜘蛛絲的堅(jiān)韌、延展特性，以及水母的熒光特性。在一部古老的法國(guó)童話故事里，女孩借助精靈的力量，把稻草像紡紗一樣紡成黃金?；蛟S這些科學(xué)家也能通過(guò)轉(zhuǎn)基因桑蠶，把蠶絲紡成黃金。

另外，他們還計(jì)劃把網(wǎng)絡(luò)上的知識(shí)，如流行于全球的維基百科上每篇文章，以DNA的形式編碼（計(jì)算機(jī)編碼有0和1兩種代碼形式，DNA編碼則有A、C、G和T四種），做成一串特殊的“基因”。然后利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，把這串“基因”植入真實(shí)的蘋果基因組里，這樣就能制造出真實(shí)的智慧蘋果，就如同《圣經(jīng)》所描述的伊甸園里智慧樹(shù)上的果子一樣。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的匹配與排列非常精確，比如A與T總是緊挨著。根據(jù)這個(gè)特性，科學(xué)家又開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)。他們?cè)O(shè)計(jì)一種DNA片段，并使之把雙螺旋結(jié)構(gòu)中的同類片段識(shí)別出來(lái)，然后所有同類片段以更復(fù)雜的方式彼此結(jié)合。這就好比我們平時(shí)玩的折紙藝術(shù)，它們結(jié)合后就形成了一個(gè)新的DNA“折紙”形狀。

目前利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家獲得了一些初步成果，如制作出分子級(jí)別的星星和笑臉?lè)?hào)等圖像。而在醫(yī)療領(lǐng)域，它的用途最大。把DNA折紙裝入特制的“盒子”，使其攜帶藥物進(jìn)入人體，就可直接把藥物輸送到目標(biāo)細(xì)胞。如果把腫瘤細(xì)胞設(shè)為目標(biāo)，那么這個(gè)“盒子”只有遇到腫瘤細(xì)胞時(shí)，才會(huì)打開(kāi)并釋放藥物。這種治療很有針對(duì)性，而且基本沒(méi)有副作用。同時(shí)，這個(gè)“盒子”也可以作為“囚籠”，把病毒細(xì)胞囚禁其中，然后利用DNA折紙破壞它的結(jié)構(gòu)，無(wú)聲無(wú)息地消滅它。

儲(chǔ)存能力強(qiáng)，計(jì)算能力高

至今為止，DNA是最古老的儲(chǔ)存介質(zhì)?？茖W(xué)家正在研究這種介質(zhì)的特性，并將其應(yīng)用在信息技術(shù)上?，F(xiàn)有技術(shù)上，我們用0和1對(duì)信息編碼，使之成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的語(yǔ)言。同理，科學(xué)家如果用A、C、G、T對(duì)信息編碼，就會(huì)形成一種獨(dú)特的“語(yǔ)言”，這就是DNA語(yǔ)言（代碼），然后只要使用DNA識(shí)別器，就能讀取數(shù)據(jù)，把DNA語(yǔ)言變成我們能看懂的信息。

靠這種編碼方式，就能充分發(fā)揮DNA儲(chǔ)存信息的“潛力”。首先，它的容量大得驚人。1張CD容量大約是700兆字節(jié)（MB），100萬(wàn)張CD大約是700太字節(jié)（TB，1TB=1024GB，1GB=1024MB）。如果以DNA為儲(chǔ)存介質(zhì)，那么1克DNA就能完全儲(chǔ)存這100萬(wàn)張CD的數(shù)據(jù)，而且科學(xué)家估計(jì)1克DNA的實(shí)際儲(chǔ)存量可能不止這個(gè)數(shù)。

目前全世界所有電腦硬盤儲(chǔ)存的信息，如果以DNA編碼的話，只需手掌大小的DNA就能完全容下。法國(guó)特藝集團(tuán)是全球最大的電影公司之一，也是娛樂(lè)行業(yè)的翹楚企業(yè)，它正在用DNA編碼并儲(chǔ)存人類歷史上經(jīng)典的老電影，比如1902年的老電影《月球之旅》。

其次，用DNA儲(chǔ)存后還可以復(fù)制。借助酶的特性，可以迅速?gòu)?fù)制DNA數(shù)據(jù)，而且這種復(fù)制幾乎沒(méi)有任何限制。美國(guó)哈佛大學(xué)的一位科學(xué)家曾把自己的一本著作用DNA進(jìn)行了編碼，然后在試管里輕松復(fù)制了700億份。這本書(shū)由此成為歷史上復(fù)制數(shù)量最多的書(shū)籍，創(chuàng)造了一個(gè)世界紀(jì)錄。

最重要的是，DNA存儲(chǔ)信息永遠(yuǎn)不會(huì)過(guò)時(shí)。最早的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備——軟盤曾風(fēng)靡一時(shí)，但現(xiàn)在它們?cè)缫堰M(jìn)入歷史的垃圾堆，而DNA存儲(chǔ)則不會(huì)這樣。10℃左右的溫度下，DNA存儲(chǔ)信息的時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)2千多年。

除了儲(chǔ)存信息，科學(xué)家還在構(gòu)想用DNA建造生物計(jì)算機(jī)。它跟我們常用的電腦不同，DNA計(jì)算機(jī)沒(méi)有屏幕和鍵盤，實(shí)際上就是一些化學(xué)物質(zhì)。但是這不耽誤它的計(jì)算能力，科學(xué)家可以在上面輸入信息，計(jì)算結(jié)果，并演示出來(lái)，這與普通電腦是一樣的。

而且DNA計(jì)算機(jī)特別擅長(zhǎng)并行處理，尤其擅長(zhǎng)同時(shí)處理數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，甚至數(shù)十億計(jì)的計(jì)算任務(wù)。天氣變化是時(shí)刻不停的動(dòng)態(tài)過(guò)程，預(yù)報(bào)天氣就是典型的并行處理。計(jì)算機(jī)從地球很多觀測(cè)點(diǎn)收集溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)，時(shí)刻不停地計(jì)算，才能預(yù)報(bào)天氣的變化趨勢(shì)。

另外，在醫(yī)學(xué)上，DNA計(jì)算機(jī)還有一大優(yōu)勢(shì)。它能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)行信息記錄等各種操作。如果與上文的DNA折紙盒子相結(jié)合，那么它將不僅是一部DNA計(jì)算機(jī)，還是一個(gè)與疾病斗爭(zhēng)的“安全衛(wèi)士”。