把细菌变作图书馆

吕之品

“生命是一本打开的书”，这本来是个比喻，但如今科学家已把它变作了现实。现在，我们可以把一整座图书馆的图书、影像资料，都存放到活的生物体上，并通过它们代代相传。尽管目前科学家所使用的材料还仅是单细胞生物，但终有一天，可以储存到植物、动物，甚至人身上。

垃圾基因的妙用

奥秘在于DNA。虽然生命活动離不开DNA，但是在DNA上，存在着大量不参与生命活动的基因，叫做“垃圾基因”。垃圾基因虽然在生物进化的某个时期，可能是有用的、活跃的，但如今已失去活性，变得“沉默”。它们在DNA上所占比例还不小，从40%到90%不等。

垃圾基因除了不活跃，其他方面跟普通基因一模一样，也由四个碱基编码。但因为没什么用处，你要是把它们删去，或是用别的编码代替，也不影响生命活动。这就为在活的机体中，储存我们自己想要的信息提供了方便。

DNA能储存信息的道理很简单。我们知道，在电脑上任何文件都可以用二进制的0和1来编码储存，那是因为电脑上运算和储存采用的是二进制。但任何信息同样也可以采用其他进制来编码、运算、储存，比如用四进制。而DNA上有四个碱基A、G、C、T，正好是一组天然的四进制码。

同样长度的四进制信息，其信息容量是二进制的2倍。这个道理也很简单。譬如让AGCT四进制码跟01二进制码做如下对应：A-00，G-01，C-10，T-11。那么一段二进制码信息如01011011，只需编码成GGCT即可。后者的长度仅是前者的1/2。

把视频文件存到生物体上

此前，科学家已成功实现了图片和文本文件的DNA存储。既然任何视频都可分解成一帧帧图片，那么顺理成章的是，把视频文件也储存到了DNA上。最近，哈佛大学的科学家成功做到了这一点。

他们将表现一匹马在奔跑的五张图片逐一编码进人工合成的DNA片段上。然后，把含有第一张图片信息的DNA片段注射到数千株大肠杆菌中。在一定的控制条件下，大肠杆菌很快就把这些片段剪切、粘贴到了自己的DNA序列中。然后科学家又在它们身上依次注入含第二、第三、第四、第五张图片的DNA片段。大肠杆菌也一一把它们剪切、粘贴到自己的DNA序列中。此后一段时间，大肠杆菌经过繁殖，数量倍增。

为了检查效果，科学家对这样的60万株大肠杆菌进行了DNA测序。他们惊讶地发现，在剪切、粘贴的过程中，竟然没有一个编码出差错（比如把本来的编码“A”，错成“C”），而且图片顺序也没出现任何颠倒（比如把第三张图片插到了第一、二张中间）。这样储存得到的，正是一个完整的视频文件。

信息储存在活细菌上的好处

首先是细菌存储的信息量大，且体积小。据计算，1克双链DNA可以编码存储的信息量可达1000亿个DVD光盘。当然，一座图书馆的信息不可能塞进一个细菌。可以计算一下，1条DNA的重量大约为10-12克，那么相当于要用10个细菌来存1个DVD光盘的内容。对于一座大型图书馆的信息，需要上千万个细菌才能存下，但上千万个细菌也只有小沙粒的百分之一大。

其次，把信息储存在活的细菌上，一个显而易见的好处是，这些信息可以随着细菌繁殖，被不断地复制。因为细菌的繁殖速度很快，一座“图书馆”瞬间就可以变作上万座含有同样内容的“图书馆”。

此外，某些生活在地下的细菌，抗核辐射能力极强。如果地球上发生核战争，存放在图书馆、电脑上的资料或许很容易被摧毁，但储存在这些细菌上的资料却是不容易摧毁的。

最后，未来我们殖民外星球，只要带上一些细菌，就可以在外星球上重建一座座图书馆啦。