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DNA 里面到底可以写入多少信息?

分类: 知道 常识词典 编辑 : 常识 发布 : 11-08

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DNA 里面到底可以写入多少信息?比如袋鼠,小袋鼠出生之后,会自己爬到-袋子里,然后找到奶头,如果它不能完成这一系列动作,就会死掉,刚出生的袋鼠能够完成这一整套标准动作,是受大脑(或者植物神经?)控制的,而它的大脑是在DNA的指挥下形成的,是不是可以说,袋鼠的DNA里面是包含这些求生信息的?人类也有类似的情况,据说小孩子喜欢狭窄的空间和远古时代人类生活的洞穴有关系。那么DNA到底能承载多少信息,在它可以承载的空间内,如果多写入一些知识,一个生物在出生后不就节省了学习的时间吗?16 个答案

答案 1:

被邀请回答了。因为这个问题很难,需要一个非常棒的科普作家才能讲好。而且,这个问题用一个这样的回答,甚至科普文章,都不够过瘾。这玩意完全可以像读一侦探小说一样去读。如果你有时间,我建议你可以去读 Sean B. Carroll 的 Endless forms most beautiful: t-e new science of evo devo and t-e -king of t-e ani-l kingdom(Norton, New York, 1st ed edition, 2005)这样的书。如果你不想去读这本书,那就听我这种伪专家随便说说了。首先要澄清一下问题。先问一个,DNA 是什么?依中文维基的说法:〝脫氧核糖核酸(英语:Deoxyribonucleic acid,縮寫為DNA)又稱去氧核糖核酸,是一種分子,可組成遺傳指令,以引導生物發育與生命機能運作。主要功能是長期性的資訊儲存,可比喻為「藍圖」或「食譜」。其中包含的指令,是建構細胞內其他的化合物,如蛋白質與RNA所需。帶有遺傳訊息的DN-段稱為基因。其他的DNA序列,有些直接以自身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現。〞换句话说,这本身是一遗传编码机制,问 DNA 能写入多少信息,就好像问用莫尔斯电码能发多少信息。只到有时间有空间,想写多少就能写多少。幸好,有问题说明,原来提问者关心的是那些先天就会的生物本能,和控制这些本能知识的可能性。这样我想,问题其实是:DNA 存储的是什么样的知识?DNA 是如何存储这些知识的?这样的存储机制是如何生成的?一般人的反应,或许是,DNA 就是关于怎么让一个人成为一个人并正常运作的知识,这知识当然是通过基因及其调控机制来存储的,通过进化来完成的。看上去,这涉及了发育,生理,分子生物学,遗传学等诸多领域,好像是紧密相连的数个不同的问题,但我想强调的是,这是几个高度重叠的问题,从科普的角度上,它们完全可以当成一个问题来理解。这可能有点令人困惑。假如人是一橦房子(很不恰当的比喻),其实上面的问题就相当于:这房子有什么样的功能,是怎样运作的,房子是如何建造的,房子的图纸又是如何,建筑历史如何,等等。房子怎么住,必然要在设计建造时考量,但,这毕竟是两件事吧。好,让我们看看人是怎样的一橦房子。假设我们认为人是一橦光鲜亮丽的大房子,当我们走进门,会发现,在这光鲜的外表下,还有一橦房子,看上去要古老一些。外面比起里面来,可能多了一些单元和附件,有些外表的改观,多了些管线,但是,外面这大房子却是里面这老房子撑起来的,最核心的部位和功能,供水供电,承重墙,都依赖里面的老房子。当我们走进里面这橦老房子,会发现里面还有橦更老的房子,它和外面的那橦老房子的关系,就像那橦老房子和最外面的房子的关系。老房子相对于更老的房子,也有些新的单元,而这些新单元,相对于最外面的房子的很多部件,已经是不可或缺的基石。当我们走进这更老的房子,现在,不出意外的话,你已能预料到,这里面还有一橦更更老的房子,里面还有一橦更更更老的......直到我们走到这些房子的最里处,会看到那橦最古老的房子,它或许不能称得上是房子,或许只是个小棚子而已,但是,它却是整橦房子的基石,比如能量生产,最核心的管线都会走到这里,在这里完成一些最基本的原料加工。举了这个比方,是想说,生物的进化,不是一次次的革命,一次次的推倒重来,而是递进累加的,就像是这房子,总是在原来的基础上,小改小修,加建补建。有人可能会奇怪,因为毕竟人,自然界的各种动物,相差何止千里,比如龙虾,甚至,说到绝一点,那古老的三叶虫,除了 DNA,细胞这些微观的,难道人和这些动物真得在形态机理上共享着很多东西?(如果不记得这些东西长什么样了,请自己搜索一下,并照照镜子。)但是稍微一看,一想,你会发现人和这些动物有很多共同的形态特征。比如,大家都有头,都有左右,都有肚腹。是的,这些是对称性动物最基本的形态特征,就是从一个胚胎开始,哪怕还只是一个细胞,它们就会有三条基本的轴线:头尾,胸背,内外。你可以看看鸡蛋,看它是不是有头有尾。让我们往更复杂的形态特征看,专注头尾这条轴线。龙虾的一个基本特征,就是这玩意在头尾方向上是一节一节的。而三叶虫也是一节一节的。事实上你可能马上会联想到自然界中无数的动物都有这样的环节特征:蚯蚓,蝴蝶......。而我想说的是,人也是这样的,不信你摸摸自己的脊柱。这当然不是偶然的。这种环节特征在发育时是由一组专门的基因控制的,叫 Hox genes,英文 wiki 上是这样说的(中文维基说得很不清楚):“Hox genes are a group of related genes t-at specify t-e anterior-posterior axis and segment identity of metazoan organi-s during early embryonic development. ”这组 Hox genes,在上面提到的这些生物,包括人身上,都有,虽然各有不同,但基本功能一致,是所谓的同源基因,从同一组基因进化而来。同理,关于各种重要的-,也都有相应的基因来调控。而这些基因,也大多是在各种动物中有同源的基因。而就是这些基因,通过自身的调控机制,让一个胚胎细胞能在正确的时间和位置一步步的分化发展成各种不同的组织细胞,协同工作,构成一个复杂的多细胞生物体。出现这样的情况,其实是很好理解的:进化毕竟不是造房子,不是旁人给你建,不是平地起高楼,而是在自己身上建,要一边住一边建。所以,要是改动过大,把住户自己给玩死了,那进化也就无从谈起了。所以进化也不是随便进化的。为了把事情说清楚,让我们回到进化论的本源,重温一下 Darwin 在《物种起源》里提出的基本观点。粗粗来说,Darwin 在《物种起源》里的主要观点有四个:>

物种的可变性。

自然界的可认知性。

因为随机变异而产生的发散型的变异趋势(branc-ing off)。

自然选择。

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