创造“流浪宇宙”的生命密码

自从基因密码的化学结构被解密之后，人类在研究和模仿自然进化中取得了惊人的进展。从解析包括人类在内大量的生物基因组序列到人工设计生命，我们已经非常接近造物主的地位。最近由美国佛罗里达研究人员领头的一个团队发表的“8核酸码”结果，则有可能让我们超越自然进化，创造出前所未有的生物医药乃至生命。

 从“4核酸码”谈起 

学习生物的人都会很好奇，为什么地球上生物的基因密码都是由4个核酸组成？自然在进化过程中是否还尝试过其他“密码”，或者其它的组合方法？

因为生命密码的产生是一个自然选择的过程，因此我们完全可以大胆地猜测，在地球早期肯定有很多不同的化学分子或核酸分子先后通过化学反应形成，并在不同程度上担任过记录和传递“生命密码”的任务。而只有一组化合物（A、T、C、G）成为最后的赢家，并组成了今天地球上所有生物基因的共同密码。对此虽然我们没有完美的解释，但可以从基因的“结构需求”和“生物需求”两个方面来评估这个系统。

“结构需求”要求组成基因密码的化学分子必须形成非常稳定的结构，以保证复制和转译时的准确性。

按照薛定谔老先生的意见，这类结构还必须可以进一步形成类似“结晶体”那样高度压缩和整齐的结构，以保证大量遗传信息在很小空间内保存、复制和传递。

同时，按照达尔文主义，遗传密码系统又必须具有很大的灵活性，能够容纳进化所必须的各种变异。

揭秘“8核酸码”

在这种精准而又灵活的严格要求下，自然选择目前的“4核酸系统”并非偶然。同样，要想修改目前基因密码的基础结构也并非一件容易的事。

由4个核酸组成的DNA主要通过两类化学结构形成的。从化学结构上讲，核酸的基本芳香环结构体提供了主要的疏水性亲和力。在此基础上，配对的两个核酸之间也通过三对“氢-氧”“氢-氮”相互作用加以稳定。这好像是双方在“肌肤亲近”的同时，再通过“握手”进一步绑定。在这三对“握手”中，有两对通过“氮-氢-氧”达成，还有一对通过“氮-氢-氮”组成。

这次所谓“新基因字母”创造，就是在“氮-氢-氮”上做了一点小动作。把“握手”的“氢”从一个核酸转移到与之配对的核酸上。这样做依然可以形成“氮-氢-氮”的“握手”，只是换了一个伸出手的人。研究结果表明，新的“核酸”和“核酸对”对原有DNA结构的影响很小，因此很容易插入现有DNA序列中，并且在采用合适的RNA转录酶之后，可顺利地合成相应的RNA。

这样，在原有的“４核酸”基础上，加入“换氢”后就形成了一个“8核酸码”系统。这个新的系统被发明者、一位日本科学家命名为“Hachi（八）moji（字母）”。顺便提一下，我们每天在微信上随文字发送的各种不同表情的“脸谱”就是日本朋友发明的“E-Moji”，也就是“表达情感（Emotion）的文字（Moji）”。

带着信息去宇宙“流浪”

小小的结构改变创造了4个新的核酸，同时把我们基因密码扩大了一倍。这样的创新有什么意义呢？

从生物学的角度看，似乎意义不大。因为目前的“4核酸系统”可以组成64个用于识别和连接不同氨基酸的“密码子”。如果采用“8核酸系统”，就有可能形成512个这样的“密码子”。而人类仅仅使用20种氨基酸就组成近20，000个蛋白。因此，目前的64个密码子其实已经有很多“闲置”资源，可以用来达到发明者所希望达到的“在蛋白中引进非天然氨基酸”的目的。至于更多的“密码子”，由于目前蛋白合成系统引进非天然氨基酸尚无突破性解决方案，因此实际意义并不大。

但是，无论是从新型生物医药的研发或者是新的生命形式的发现来看，这方面的努力并非没有长远的意义。也许可以很快从这类研究中获利的并非生命科学，而是信息科学。

DNA作为保存大量生物遗传信息并被传递亿万年的媒质，很可能是长期储存其他信息的最好系统。这个想法是一位俄罗斯科学家在上个世纪60年代首先提出来的。但是，在这方面具有实际意义的突破则是近几年的事。

与现在的电子储存系统相比，DNA具有很多优势。首先是把信息储存的两进制（１和０）转为四进制（A、T、C、G）。如果采用最新的发明技术，我们就有了八进制。也就是说，更多的信息可以储存在更少的密码中。这对于储存汉字这样比较复杂的文字系统来说，就更加经济快速了。除此之外，DNA储存系统具有体积小、可复制、可长期保持的特点。

例如，通过目前的储存系统把大量的信息送往人类未来的另一个家园，几乎是一件不可能的任务，除非我们带着地球一起去“流浪”。但是，把这样大量的信息储存在DNA系统中，我们仅需发送几个立方厘米大小的储存瓶。因此，在推动地球流浪之前，我们或许可以让信息先到宇宙深空中去流浪。

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