DNA的奇妙用途

許財翼

最近幾十年里，遺傳學給人們的生產(chǎn)、生活帶來了許多革命性的進步，給農(nóng)業(yè)、刑偵、司法、醫(yī)學等領(lǐng)域也提供了巨大的幫助。由于DNA分子信息儲存量巨大，且保存時間長達上千年，未來它還會給更多領(lǐng)域帶來進步，比如美術(shù)、考古學和計算機科學，DNA的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。

識破偽裝，復(fù)活古人

人類的頭發(fā)、瞳孔、皮膚的顏色，以及面部長相都由基因控制，因此只要知道一個人的DNA，就能知道他長什么樣。

首先，這對警察破案非常有幫助。美國有一名慣犯，綽號“爬山虎”，他經(jīng)常蒙面作案，深夜?jié)撊刖用窦抑小＞熳凡端芏嗄暌恢笨酂o線索，而且由于沒有掌握他的任何面部信息，因此無法張貼通緝告示。

不過，最近科學家從案發(fā)現(xiàn)場提取了“爬山虎”的DNA，并試圖從DNA著手勾勒他的長相，將之捉拿歸案。目前這項技術(shù)還處于初始階段，繪制不出高分辨率的人臉圖像，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，會因個人喜好在對嫌犯進行描述時添枝加葉；有些受害人因突遭“侵犯”而恐懼，可能會遺忘某些重要細節(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)用于考古學。英國歷史上有一位理查德三世國王，在位時間很短，也沒有遺留畫像，后世對他的描繪是長著黑色頭發(fā)，有著青灰色眼睛。近期考古學家在英國一個停車場地底下發(fā)現(xiàn)了他的遺骸，科學家從中采集DNA分析后發(fā)現(xiàn)，理查德三世的眼睛有96%的概率為藍色，頭發(fā)有77%的概率為金色。

同樣借助這項技術(shù)，科學家能勾勒出兩萬多年前尼安德特人的外貌特征，他們很可能長著紅色的頭發(fā)和白皙的皮膚。而且通過DNA技術(shù)，科學家還可以復(fù)活猛犸象、渡渡鳥及其他滅絕物種，只要從遺骸中能提取到它們的DNA，并進行測序，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，科學家相信可以復(fù)活一個紅頭發(fā)的尼安德特人。至于復(fù)活恐龍則不太可能，因為恐龍在6500萬年前滅絕后，它們的DNA早已在漫長的歷史中降解為碎片，無法復(fù)原。

鑒別食物與名畫真?zhèn)?/p>

雞鴨牛羊肉很好分辨，可是魚的種類太多，市面上的價格差別也大，如果以次充好，我們是很難分辨出來的。我們該怎么辦？

DNA代碼分析就可以識破真相。只要從魚肉中提取DNA并測序，科學家就能立刻分辨魚的種類，而且很容易操作。未來隨著科技進步，檢測工具將被簡化為一種手持設(shè)備——DNA識別器。屆時，十幾歲的孩子也能用這種設(shè)備來分辨魚的種類，用來檢驗飯店是否有欺詐行為，是否以次充好。我們買東西時，也可以用這種設(shè)備來檢驗是否買到了貨真價實的商品，比如珍貴又難分辨的藍鰭金槍魚。

除了鑒別食物的真?zhèn)?，DNA代碼分析還可以用于鑒別藝術(shù)品的真?zhèn)?。全球藝術(shù)品市場每年的交易額高達數(shù)十億美元，但專家估計其中40%是仿冒品。專業(yè)鑒定機構(gòu)固然可以鑒別真?zhèn)?，但俗話說“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關(guān)。

為此，科學家建議在藝術(shù)品上附一個小小的塑料標記，標記里含有特定的DNA代碼。這個DNA代碼不是藝術(shù)家自己的，因為偽造者可以從他的衣服、頭發(fā)甚至垃圾里獲取到藝術(shù)家的DNA，便于造假。相反，這個特定代碼可以是來自其他某種物質(zhì)的DNA片段，這樣的DNA就不容易獲取。將來鑒別真?zhèn)螘r，只需從塑料標記中提取DNA，然后對照數(shù)據(jù)庫里的信息，兩者如果吻合，就表明這件藝術(shù)品是正品。

紡織黃金，防范病毒

目前在發(fā)達國家，DNA已成為一種時尚的藝術(shù)媒介。DNA是一串長長的雙螺旋結(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、咪、發(fā)等，這就是我們?nèi)祟惸芾斫獾臉纷V。

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)基因細菌，它們在一定條件下可以發(fā)光。因此，這些細菌一旦發(fā)光，整幅繪畫就閃閃發(fā)亮，像真正的熒光海岸一樣。

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

另外，他們還計劃把網(wǎng)絡(luò)上的知識，如流行于全球的維基百科上的每篇文章，以DNA的形式編碼（計算機編碼有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”植入真實的蘋果基因組里，這樣就能制造出真實的智慧蘋果，就如同《圣經(jīng)》中所描述的伊甸園里智慧樹上的果子一樣。

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)這個特性，科學家又開發(fā)了一項新技術(shù)。他們設(shè)計一種DNA片段，并使之把雙螺旋結(jié)構(gòu)中的同類片段識別出來，然后所有同類片段以更復(fù)雜的方式彼此結(jié)合。這就好比我們平時玩的折紙藝術(shù)，它們結(jié)合后就形成了一個新的DNA“折紙”形狀。

目前利用這項技術(shù)，科學家獲得了一些初步成果，如制作出分子級別的星星和笑臉符號等圖像。

而在醫(yī)療領(lǐng)域，它的用途最廣。把DNA折紙裝入特制的“盒子”，使其攜帶藥物進入人體，就可直接把藥物輸送到目標細胞。如果把腫瘤細胞設(shè)為目標，那么這個“盒子”只有遇到腫瘤細胞時，才會打開并釋放藥物。這種治療很有針對性，而且基本沒有副作用。同時，這個“盒子”也可以作為“囚籠”，把病毒細胞囚禁其中，然后利用DNA折紙破壞它的結(jié)構(gòu)，無聲無息地消滅它。

儲存能力強，計算能力高

迄今為止，DNA是最古老的儲存介質(zhì)?？茖W家正在研究這種介質(zhì)的特性，并將其應(yīng)用于信息技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)上，我們用0和1對信息編碼，使之成為計算機能識別的語言。同理，科學家如果用A、C、G、T對信息編碼，就會形成一種獨特的“語言”，這就是DNA語言（代碼），然后只要使用DNA識別器，就能讀取數(shù)據(jù)，把DNA語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儲存信息的“潛力”。首先，它的容量大得驚人。1張CD的容量大約是700兆字節(jié)（MB），100萬張CD大約是700太字節(jié)（TB，1TB=1024GB，1GB=1024MB）。如果以DNA為儲存介質(zhì)，那么1克DNA就能儲存100萬張CD的數(shù)據(jù)，而且科學家估計1克DNA的實際儲存量可能不止這個數(shù)。

目前全世界所有電腦硬盤儲存的信息，如果以DNA編碼的話，只需手掌大小的DNA就能完全容下。

法國特藝集團是全球最大的電影公司之一，也是娛樂行業(yè)的龍頭企業(yè)，它正在用DNA編碼并儲存人類歷史上經(jīng)典的老電影，比如1902年的老電影《月球之旅》。

其次，用DNA儲存后還可以復(fù)制。借助酶的特性，可以迅速復(fù)制DNA數(shù)據(jù)，而且這種復(fù)制幾乎沒有任何限制。美國哈佛大學的一位科學家曾把自己的一本著作用DNA進行了編碼，然后在試管里輕松復(fù)制了700億份。這本書由此成為歷史上復(fù)制數(shù)量最多的書籍，創(chuàng)造了世界紀錄。

最重要的是，DNA存儲信息的時效很長。最早的移動存儲設(shè)備——軟盤曾風靡一時，但現(xiàn)在它們早已進入歷史的垃圾堆，而DNA存儲則不會這樣。10℃左右的溫度下，DNA存儲信息的時間可以長達2000多年。

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

而且DNA計算機特別擅長并行處理，尤其擅長同時處理數(shù)以百萬計甚至數(shù)以十億計的計算任務(wù)。天氣變化是時刻不停的動態(tài)過程，預(yù)報天氣就是典型的并行處理。計算機從地球很多觀測點收集溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)，時刻不停地計算，才能預(yù)報天氣的變化趨勢。

另外，在醫(yī)學上，DNA計算機還有一大優(yōu)勢。它能進入細胞內(nèi)部，進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計算機，還是一個與疾病斗爭的“安全衛(wèi)士”。