【未解之謎】科學家宣稱在基因中看到神的存在!

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大家好,我是扶搖,歡迎和我一起探索未解之謎。在前面的節目中,我們帶大家到廣袤的宇宙去瞧了瞧,今天我們就一起去「微觀世界」探索一番,因為有科學家表示,他們在那裡發現了神的存在。

探索基因之謎

這位頭髮花白笑容和藹的男士名叫法蘭西斯·柯林斯(Francis S. Collins),他是美國國立衛生研究院院長,並曾任美國國家人類基因組研究所所長,也是著名的「人類基因組計劃」(Human Genome Project)的主管。

基因這個詞,大家都多少聽說過,那麼什麼是「人類基因組計劃」呢?這裡稍微給大家介紹一下。人類的細胞中有23對攜帶遺傳信息的染色體,包括22對常染色體和1對性別染色體。這23對染色體,一半來自父親,另一半來自母親。這些染色體中一共包含60億個DNA編碼。「人類基因組計劃」就是要測出這些DNA編碼是什麼樣的序列,給它們畫一個全家福,並找出DNA上具有遺傳功能的片段,也就是基因,最終目的呢,是想破譯人類的遺傳信息。

這個計劃,一開始由美國能源部和國家衛生研究院投資推動,後來越做發現越複雜,美國發現自己單幹搞不定啊,於是不斷擴大國際合作找幫手,這樣,英國、德國、法國、日本等國先後加入,最終「人類基因組計劃」成為了跨國跨學科的科學探索巨型工程。到目前為止,人類完成了對92%的基因組測序,而另外8%的基因組因當前技術水平不足,暫時擱置。
領導這樣的大工程,大家大概知道柯林斯博士在這個領域有多牛了吧。按照一般人的想法,像柯林斯博士這樣研究生命科學的頂尖科學家,只要稍微動動基因剪刀,就可以改變生命密碼,甚至能創造出新物種了,應該是完完全全的無神論者,不會相信生命是神創造的吧。

然而事實恰恰相反。柯林斯博士自己介紹說,他曾是一個無神論者,在進入醫學院研究DNA之後,反而對生命有了更多的思考,終於在他27歲那年,成為了一位虔誠信仰神的基督徒。柯林斯博士的一些同事在知道他開始信神之後,說他這是理性的自殺,甚至預言,柯林斯博士很快就會被科研和信仰之間的矛盾搞的大腦爆炸的。

不過這麼多年過去了,柯林斯博士的大腦不僅沒有爆炸,而且還越發充滿智慧,讓他在競爭激烈的分子生物學領域中取得了巨大的成功,成為了該領域舉足輕重的人物。而且隨着人類對DNA的深入研究,不少科研人員像柯林斯博士一樣,越發感受到神的存在。這是為什麼呢?

蘊含海量信息的DNA編碼

在我們進入DNA的世界之前,先來問大家兩個問題。第一個問題,如果您今天早上出門,發現地上的落葉排出了「早上好」幾個字,您覺得這是有人特意想給您驚喜,還是秋風無意識的傑作?第二個問題,如果有人說,一隻猴子坐在電腦前,不停隨機按0、1兩個鍵,結果寫出MacOS操作系統,您會相信嗎?

好,現在請記住您的答案,讓我們到微觀世界來看看DNA的模樣。

DNA的這種雙螺旋結構,是1953年由美國生物學家詹姆斯‧沃森(James Watson)和英國生物學家弗朗西斯‧克里克(Francis Crick)發現的,科學界當時感歎:人類由此打開了尋找遺傳祕密的大門。

DNA遺傳信息的傳遞,是由DNA上的四個鹼基來負責的,分別是A-腺嘌呤、T-胸腺嘧啶、G-鳥嘌呤、C-胞嘧啶,後面我們就用字母來指代它們了。

這四個鹼基,兩兩成對,A-T是一對,C-G是一對,這鹼基對不同的排列組合就決定了生物的物質遺傳特性,比如高矮胖瘦,以及非物質遺傳特性,比如性格、智力等。

生物的每一條染色體(Chromosome)上,都有一條長長的、纏繞在組蛋白(Histone)上的DNA分子。這個DNA分子呈螺旋雙鏈結構,別看它蜷縮在大約6微米的細胞核中好像很小,如果將其拉直,能有2米那麼長,比世界成年男子平均身高都高呢。如果我們用ATCG四個字母來表示DNA雙鏈結構,它看上去是不是很像計算機編程初期所用的打孔紙帶?打孔帶上打孔的地方代表1,而沒有打孔的地方代表0。

計算機的世界採用的是「二進制編碼」,無論程序員使用什麼編程語言,C++也好,Java也罷,最終都要轉換成「0、1」組成的機器語言。而現在數字時代中,人們實現的各種技術,比如3D打印、人工智能、增強現實/虛擬現實技術,包括大家正在看的這部視頻,說到底都是由一連串0、1組合而成的計算機指令實現的。

那麼,按照柯林斯博士的說法,將計算機編程的思想帶入到DNA世界,我們可以說,DNA採用的是「四進制編碼」,就是ATCG這四個碼。而這種「四進制編碼」所包含的信息量要遠遠超出「二進制編碼」。

舉個例子來說,如果同樣是20個編碼,如果採用「二進制」,那麼可以實現的不同組合數是2的20次方,就是1,048,576。而採用「四進制」,可以獲得的組合數為4的20次方,也就是1,099,511,627,776,兩者相差了100萬倍。編碼數越多,差距就越大。

那麼人類DNA包含的信息量有多少呢?這裡來給大家算一下。之前給大家介紹了,人體細胞中有23對染色體,共有60億個DNA編碼。而「人類基因組計劃」得出的一個重要結論說:男人和女人的常染色體高度一致,沒有區別。那麼我們可以說,人類DNA遺傳信息至少由30億個四進制碼構成。換句話說,人類的一個小小的細胞中,能包含的信息量是4的30億次方。如此小的空間,存儲如此大的信息,這真是計算機存儲系統的終極夢想啊。

而這30億個DNA編碼中的某一個,或者某幾個編碼的組合,就能操控人體實現各種複雜的功能。不知道大家意識到沒有,人的生命從一顆受精卵開始不斷複製、分裂、複製、分裂,之後人體包含的所有的細胞,其細胞核中的染色體上都擁有相同的DNA。然而這些細胞在進入分化階段後,細胞質卻能來個72變,形成人體各種不同的細胞和組織,比如紅細胞、白細胞、神經細胞等等,人也發育出各種器官。而且生物學家還研究發現,人類的胚胎在發育過程中,不同時期應該發育出不同的組織結構、器官,這些時間點都是定好的。早了或者遲了,之後出生的寶寶就會帶有先天缺陷。而所有的這一切,都是由DNA編碼所精準控制着的。

人類基因編輯:潘多拉的盒子

人類雖然已發現了一些人類基因的作用和運行方式,但是比起30億DNA編碼所蘊含的信息,簡直是滄海一粟啊。

大家還記得中國南方科技大學生物系副教授賀建奎及其團隊,基因編輯嬰兒胚胎,意圖讓嬰兒對艾滋病免疫,所引發的爭議嗎?當時,整個人類社會都為之震驚,紛紛譴責。除了其中涉及到的倫理問題,技術問題以及對未來隱患也是科學界對此大加討伐的原因。以人類目前對DNA編碼的認識,就隨意修改人類基因,誰知道這基因剪刀一剪子下去,是剪掉了罹患艾滋病的可能,還是剪掉了人類的未來?在基因實驗中,出現「脫靶效應」的情況時有發生。所謂「脫靶效應」就是在基因編輯時,誤傷其它基因,造成基因突變、基因缺失、染色體異位等後果。如果基因編輯嬰兒隱藏着某種基因缺陷,她們就會傳給下一代,然後一代代傳下去,甚至給整個人類帶來隱患。所以有人就形容,修改人類基因這樣的行為簡直就是要打開毀滅人類的「潘多拉盒子」呀。

我們這裡還是拿軟件編程來打比方,如果有一個源代碼非常龐大、功能十分強悍的超級程序,人們只知道運行程序後會出什麼結果,卻看不透源代碼,最多只理解一小塊,甚至都不敢輕易修改代碼,生怕一環套一環的代碼弄錯一點,導致整個系統崩潰,我想應該沒有人會覺得自己的編程能力比編寫這個超級程序的人更厲害吧。

同樣的道理,以ATCG四個碼編寫了30億位DNA「程序」,創造出擁有完美的機體、高級的智能、穩定的生命狀態的人類的過程,這真的只是一連串的巧合和隨機作用的結果嗎?

DNA強大的穩定性

DNA還有一個很強大的複製功能。一個細胞分裂成兩個的時候,DNA迅速複製,使得兩個細胞擁有一模一樣的DNA。這個過程快到用電光石火來形容都不夠,我們的身體每時每刻都在進行着無數次這樣的複製。然而,假設一個程序員,一秒鐘可以敲一個DNA編碼,每天連續不停敲8小時,365天不休息,敲完一個細胞中的DNA編碼需要57年多。當然,有人會說,我用電腦存儲人類DNA全部編碼,用超級計算機進行複製,也就是分分鍾的事情。也許是這樣,但是需要友情提醒一下,這比起細胞內DNA的自我複製還是慢多了,而且超級計算機可是人類這樣的智能生命創造的哦。

還有一個不能忽視的重點,DNA擁有強大的自我修復系統。科學研究發現,DNA能夠在受到損傷或者複製發生錯誤時,進行自我修復,包括錯位修復、切除修復、重組修復等等,已知有140種方式,實在無法修復,DNA修復系統還會啓動自裁機制:沒救了,為了不將錯誤遺傳信息擴散出去,細胞你就帶着這個出錯的DNA一起自我犧牲了吧。說實話,目前最厲害的程序員也無法寫出這樣「智能」的程序。

DNA的超強精準複製和自我修復系統其實很大程度保證了生物遺傳信息的穩定,所以要出現一次進化論中所描述的革命性的、起正面作用的基因突變,並且還得能穩定遺傳下去,這概率其實是相當相當小的。「人類基因組計劃」就發現,人類從最初產生發展到現在,經過了數萬代的承傳之後,全世界的人不論地區和種族,DNA編碼的差異只有千分之一左右。而這千分之一的差異,只是造就「你、我、他」不同的特徵、特性,並沒有就此產生新的物種。

猴子真能變成人?

因為進化論一直告訴大家人類是猴子變來的,所以在做這期節目時,出於好奇,我順手查了一下其它靈長類動物的染色體信息,結果不看不知道,一看嚇一跳。原來,大家的染色體數相差這麼多。比如:

人類 Human 46條

獼猴 Formosan rock-monkey 42條

松鼠猴 Squirrel monkey 44條

恆河猴 Rhesus monkey 42條

捲尾猴 Capuchin monkey 54條

黑猩猩 Chimpanzee 48條

我們先假設人類真的是由具有21對染色體的猴子演化來的,那麼這染色體要變成23對,必然是出現了一個巨大的基因變異。

假設,一隻母猴子體內的細胞中的染色體數目從21對42條,一下全部變成了人類現有的23對46條,要想讓這樣的染色體數目遺傳下去,那麼必須還得有一隻公猴子發生一模一樣的變異,變成和母猴子一模一樣的23對染色體,而且這兩隻猴子還得配成一對,那麼這樣它們的下一代才能維持23對染色體。否則,只能是21對染色體加上幾條不能配對的染色體。

其實,從遺傳學的角度來看,細胞染色體在遺傳給下一代的過程中,隨便增加或減少「一條」、甚至「半條」都會產生非常嚴重的後果!典型的例子就是「唐氏綜合症」,這種疾病的患者就是多了一條21號染色體,體內共有47條染色體。醫學研究發現,「唐氏綜合症」患者得先天疾病的機率也比一般人高。

所以按照物競天擇的說法,這些染色體出現增減的猴子是更容易被自然淘汰的。這麼看來,要使猴子變成人真的是很難的。光染色體巨變就能讓它們倒在所謂「進化」的路上,甚至可能因為各種怪病導致整個種群消失。

說到這裡,大家還記得我在之前問的兩個問題嗎?相信沒有人會認為樹葉排出的「早上好」只是秋風碰巧刮出來的,也沒人會相信,猴子憑藉隨機輸入就可以寫出MacOS系統。一方面,文字也好,系統也好,都包含着智能信息,無法隨意製作,另一方面,從純數學角度看,事情發生的概率也幾乎為零。

現在再來看看生物複雜且強大的DNA編碼,大家是否可以理解,為什麼像柯林斯博士這樣的科學家們,越是深入研究越發現神無處不在的身影了呢?

好了,今天就和大家分享到這裡。未解之謎,我是扶搖,我們下期見。

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未解之謎】節目組製作

(責任編輯:王曉玉)

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