【未解之谜】科学家宣称在基因中看到神的存在!

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大家好,我是扶摇,欢迎和我一起探索未解之谜。在前面的节目中,我们带大家到广袤的宇宙去瞧了瞧,今天我们就一起去“微观世界”探索一番,因为有科学家表示,他们在那里发现了神的存在。

探索基因之谜

这位头发花白笑容和蔼的男士名叫法兰西斯·柯林斯(Francis S. Collins),他是美国国立卫生研究院院长,并曾任美国国家人类基因组研究所所长,也是著名的“人类基因组计划”(Human Genome Project)的主管。

基因这个词,大家都多少听说过,那么什么是“人类基因组计划”呢?这里稍微给大家介绍一下。人类的细胞中有23对携带遗传信息的染色体,包括22对常染色体和1对性别染色体。这23对染色体,一半来自父亲,另一半来自母亲。这些染色体中一共包含60亿个DNA编码。“人类基因组计划”就是要测出这些DNA编码是什么样的序列,给它们画一个全家福,并找出DNA上具有遗传功能的片段,也就是基因,最终目的呢,是想破译人类的遗传信息。

这个计划,一开始由美国能源部和国家卫生研究院投资推动,后来越做发现越复杂,美国发现自己单干搞不定啊,于是不断扩大国际合作找帮手,这样,英国、德国、法国、日本等国先后加入,最终“人类基因组计划”成为了跨国跨学科的科学探索巨型工程。到目前为止,人类完成了对92%的基因组测序,而另外8%的基因组因当前技术水平不足,暂时搁置。
领导这样的大工程,大家大概知道柯林斯博士在这个领域有多牛了吧。按照一般人的想法,像柯林斯博士这样研究生命科学的顶尖科学家,只要稍微动动基因剪刀,就可以改变生命密码,甚至能创造出新物种了,应该是完完全全的无神论者,不会相信生命是神创造的吧。

然而事实恰恰相反。柯林斯博士自己介绍说,他曾是一个无神论者,在进入医学院研究DNA之后,反而对生命有了更多的思考,终于在他27岁那年,成为了一位虔诚信仰神的基督徒。柯林斯博士的一些同事在知道他开始信神之后,说他这是理性的自杀,甚至预言,柯林斯博士很快就会被科研和信仰之间的矛盾搞的大脑爆炸的。

不过这么多年过去了,柯林斯博士的大脑不仅没有爆炸,而且还越发充满智慧,让他在竞争激烈的分子生物学领域中取得了巨大的成功,成为了该领域举足轻重的人物。而且随着人类对DNA的深入研究,不少科研人员像柯林斯博士一样,越发感受到神的存在。这是为什么呢?

蕴含海量信息的DNA编码

在我们进入DNA的世界之前,先来问大家两个问题。第一个问题,如果您今天早上出门,发现地上的落叶排出了“早上好”几个字,您觉得这是有人特意想给您惊喜,还是秋风无意识的杰作?第二个问题,如果有人说,一只猴子坐在电脑前,不停随机按0、1两个键,结果写出MacOS操作系统,您会相信吗?

好,现在请记住您的答案,让我们到微观世界来看看DNA的模样。

DNA的这种双螺旋结构,是1953年由美国生物学家詹姆斯‧沃森(James Watson)和英国生物学家弗朗西斯‧克里克(Francis Crick)发现的,科学界当时感叹:人类由此打开了寻找遗传秘密的大门。

DNA遗传信息的传递,是由DNA上的四个碱基来负责的,分别是A-腺嘌呤、T-胸腺嘧啶、G-鸟嘌呤、C-胞嘧啶,后面我们就用字母来指代它们了。

这四个碱基,两两成对,A-T是一对,C-G是一对,这碱基对不同的排列组合就决定了生物的物质遗传特性,比如高矮胖瘦,以及非物质遗传特性,比如性格、智力等。

生物的每一条染色体(Chromosome)上,都有一条长长的、缠绕在组蛋白(Histone)上的DNA分子。这个DNA分子呈螺旋双链接构,别看它蜷缩在大约6微米的细胞核中好像很小,如果将其拉直,能有2米那么长,比世界成年男子平均身高都高呢。如果我们用ATCG四个字母来表示DNA双链接构,它看上去是不是很像计算机编程初期所用的打孔纸带?打孔带上打孔的地方代表1,而没有打孔的地方代表0。

计算机的世界采用的是“二进制编码”,无论程序员使用什么编程语言,C++也好,Java也罢,最终都要转换成“0、1”组成的机器语言。而现在数字时代中,人们实现的各种技术,比如3D打印、人工智能、增强现实/虚拟现实技术,包括大家正在看的这部视频,说到底都是由一连串0、1组合而成的计算机指令实现的。

那么,按照柯林斯博士的说法,将计算机编程的思想带入到DNA世界,我们可以说,DNA采用的是“四进制编码”,就是ATCG这四个码。而这种“四进制编码”所包含的信息量要远远超出“二进制编码”。

举个例子来说,如果同样是20个编码,如果采用“二进制”,那么可以实现的不同组合数是2的20次方,就是1,048,576。而采用“四进制”,可以获得的组合数为4的20次方,也就是1,099,511,627,776,两者相差了100万倍。编码数越多,差距就越大。

那么人类DNA包含的信息量有多少呢?这里来给大家算一下。之前给大家介绍了,人体细胞中有23对染色体,共有60亿个DNA编码。而“人类基因组计划”得出的一个重要结论说:男人和女人的常染色体高度一致,没有区别。那么我们可以说,人类DNA遗传信息至少由30亿个四进制码构成。换句话说,人类的一个小小的细胞中,能包含的信息量是4的30亿次方。如此小的空间,存储如此大的信息,这真是计算机存储系统的终极梦想啊。

而这30亿个DNA编码中的某一个,或者某几个编码的组合,就能操控人体实现各种复杂的功能。不知道大家意识到没有,人的生命从一颗受精卵开始不断复制、分裂、复制、分裂,之后人体包含的所有的细胞,其细胞核中的染色体上都拥有相同的DNA。然而这些细胞在进入分化阶段后,细胞质却能来个72变,形成人体各种不同的细胞和组织,比如红细胞、白细胞、神经细胞等等,人也发育出各种器官。而且生物学家还研究发现,人类的胚胎在发育过程中,不同时期应该发育出不同的组织结构、器官,这些时间点都是定好的。早了或者迟了,之后出生的宝宝就会带有先天缺陷。而所有的这一切,都是由DNA编码所精准控制着的。

人类基因编辑:潘多拉的盒子

人类虽然已发现了一些人类基因的作用和运行方式,但是比起30亿DNA编码所蕴含的信息,简直是沧海一粟啊。

大家还记得中国南方科技大学生物系副教授贺建奎及其团队,基因编辑婴儿胚胎,意图让婴儿对艾滋病免疫,所引发的争议吗?当时,整个人类社会都为之震惊,纷纷谴责。除了其中涉及到的伦理问题,技术问题以及对未来隐患也是科学界对此大加讨伐的原因。以人类目前对DNA编码的认识,就随意修改人类基因,谁知道这基因剪刀一剪子下去,是剪掉了罹患艾滋病的可能,还是剪掉了人类的未来?在基因实验中,出现“脱靶效应”的情况时有发生。所谓“脱靶效应”就是在基因编辑时,误伤其它基因,造成基因突变、基因缺失、染色体异位等后果。如果基因编辑婴儿隐藏着某种基因缺陷,她们就会传给下一代,然后一代代传下去,甚至给整个人类带来隐患。所以有人就形容,修改人类基因这样的行为简直就是要打开毁灭人类的“潘多拉盒子”呀。

我们这里还是拿软件编程来打比方,如果有一个源代码非常庞大、功能十分强悍的超级程序,人们只知道运行程序后会出什么结果,却看不透源代码,最多只理解一小块,甚至都不敢轻易修改代码,生怕一环套一环的代码弄错一点,导致整个系统崩溃,我想应该没有人会觉得自己的编程能力比编写这个超级程序的人更厉害吧。

同样的道理,以ATCG四个码编写了30亿位DNA“程序”,创造出拥有完美的机体、高级的智能、稳定的生命状态的人类的过程,这真的只是一连串的巧合和随机作用的结果吗?

DNA强大的稳定性

DNA还有一个很强大的复制功能。一个细胞分裂成两个的时候,DNA迅速复制,使得两个细胞拥有一模一样的DNA。这个过程快到用电光石火来形容都不够,我们的身体每时每刻都在进行着无数次这样的复制。然而,假设一个程序员,一秒钟可以敲一个DNA编码,每天连续不停敲8小时,365天不休息,敲完一个细胞中的DNA编码需要57年多。当然,有人会说,我用电脑存储人类DNA全部编码,用超级计算机进行复制,也就是分分钟的事情。也许是这样,但是需要友情提醒一下,这比起细胞内DNA的自我复制还是慢多了,而且超级计算机可是人类这样的智能生命创造的哦。

还有一个不能忽视的重点,DNA拥有强大的自我修复系统。科学研究发现,DNA能够在受到损伤或者复制发生错误时,进行自我修复,包括错位修复、切除修复、重组修复等等,已知有140种方式,实在无法修复,DNA修复系统还会启动自裁机制:没救了,为了不将错误遗传信息扩散出去,细胞你就带着这个出错的DNA一起自我牺牲了吧。说实话,目前最厉害的程序员也无法写出这样“智能”的程序。

DNA的超强精准复制和自我修复系统其实很大程度保证了生物遗传信息的稳定,所以要出现一次进化论中所描述的革命性的、起正面作用的基因突变,并且还得能稳定遗传下去,这概率其实是相当相当小的。“人类基因组计划”就发现,人类从最初产生发展到现在,经过了数万代的承传之后,全世界的人不论地区和种族,DNA编码的差异只有千分之一左右。而这千分之一的差异,只是造就“你、我、他”不同的特征、特性,并没有就此产生新的物种。

猴子真能变成人?

因为进化论一直告诉大家人类是猴子变来的,所以在做这期节目时,出于好奇,我顺手查了一下其它灵长类动物的染色体信息,结果不看不知道,一看吓一跳。原来,大家的染色体数相差这么多。比如:

人类 Human 46条

猕猴 Formosan rock-monkey 42条

松鼠猴 Squirrel monkey 44条

恒河猴 Rhesus monkey 42条

卷尾猴 Capuchin monkey 54条

黑猩猩 Chimpanzee 48条

我们先假设人类真的是由具有21对染色体的猴子演化来的,那么这染色体要变成23对,必然是出现了一个巨大的基因变异。

假设,一只母猴子体内的细胞中的染色体数目从21对42条,一下全部变成了人类现有的23对46条,要想让这样的染色体数目遗传下去,那么必须还得有一只公猴子发生一模一样的变异,变成和母猴子一模一样的23对染色体,而且这两只猴子还得配成一对,那么这样它们的下一代才能维持23对染色体。否则,只能是21对染色体加上几条不能配对的染色体。

其实,从遗传学的角度来看,细胞染色体在遗传给下一代的过程中,随便增加或减少“一条”、甚至“半条”都会产生非常严重的后果!典型的例子就是“唐氏综合症”,这种疾病的患者就是多了一条21号染色体,体内共有47条染色体。医学研究发现,“唐氏综合症”患者得先天疾病的概率也比一般人高。

所以按照物竞天择的说法,这些染色体出现增减的猴子是更容易被自然淘汰的。这么看来,要使猴子变成人真的是很难的。光染色体巨变就能让它们倒在所谓“进化”的路上,甚至可能因为各种怪病导致整个种群消失。

说到这里,大家还记得我在之前问的两个问题吗?相信没有人会认为树叶排出的“早上好”只是秋风碰巧刮出来的,也没人会相信,猴子凭借随机输入就可以写出MacOS系统。一方面,文字也好,系统也好,都包含着智能信息,无法随意制作,另一方面,从纯数学角度看,事情发生的概率也几乎为零。

现在再来看看生物复杂且强大的DNA编码,大家是否可以理解,为什么像柯林斯博士这样的科学家们,越是深入研究越发现神无处不在的身影了呢?

好了,今天就和大家分享到这里。未解之谜,我是扶摇,我们下期见。

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(责任编辑:王晓玉)

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