脱氧核糖核酸分子(DNA分子)

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DNA分子:信息的不可能性
DNA分子是有史以来最伟大的科学发现之一。DNA最早在1953年由詹姆斯•沃森与佛朗西斯•克里克描述出来1,它是著名的遗传学的百宝库,它奠定了每种生物体的物质特性。直到2001年年中,“人类基因组计划”和塞雷拉基因组才联合提出了DNA中内在的数字密码的真正本质和复杂性。我们现在知道DNA分子由排列成约30亿个精密序列的化学基础组成。即使是单细胞细菌,大肠杆菌的DNA分子也有足以占据整套《大不列颠百科全书》的信息。

DNA(脱氧核糖核酸)是一种双螺旋分子,象旋转楼梯一样被缠绕成螺旋状。每一个螺旋由一个糖-磷骨架和许多成对的化学基础组成。构成这个旋转楼梯的梯级的四种基础是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)。这些梯级就像遗传字母表里的“字母”,以复杂的序列结合形成词、句和段落,而这些词句段落就会指导宿主细胞的形成和功能。也许更恰当的比喻是,DNA分子中的A、T、C、G就等于计算机软件中的二进制编码中的“0”和“1”。正如软件对于计算机的作用一样,DNA密码是一种遗传语言,可以将信息传达给生物细胞。

DNA密码就象一张二进制密码的软盘,其基本配对结构很简单。然而,其密码的序列和功能却极为复杂。通过最近的晶体衍射学等技术,我们现在知道细胞不是“一团原生质”,而是比太空船都要复杂的显微镜下的奇迹。细胞非常复杂,要用大量极为精密的DNA指示来控制每一个功能。

尽管DNA密码极为复杂,阻碍科学的其实是与密码有关的信息转译系统。任何语言的字母和词汇脱离了赋予字词意义的语言传统都毫无意义。这是现代信息理论的核心。举一个二元的信息理论的例子:“午夜骑士保罗•瑞威尔”。在那个著名的故事中,瑞威尔告诉朋友,如果英国人从陆路来的话就在北教堂挂一盏灯,如果从海路来就挂两盏灯。如果保罗•瑞威尔和朋友之间没有共同的语言传统,连这种简单的交流都不可能。好吧,就用这个简单的例子,乘以带几百个零的系数吧。

我们现在知道DNA分子是一种精密的信息系统。要说DNA随机产生就是说信息可以随机发展。很多科学家认为DNA分子的化学基础材料能够用千百万年的自然物质过程来解释。然而,解释信息的物质基础完全不受使用这些材料传递的信息的影响。因此,这些化学基础材料与这种复杂信息本身的来源毫无关系。

简单举个例子:“自然和设计”这个词组中的信息内容与书写材料毫无关系,不论是钢笔、画笔、粉笔还是蜡笔。实际上,这个词组还可以用二进制密码、莫尔斯密码或烟雾信号来书写,但信息都不变,不受其媒介影响。很明显信息和用以传递信息的基础材料是没有关系的。一些当前的理论认为,基本化学物质内部的自组特性创造了最初的DNA分子信息。其它理论则认为外部的自组力量创造了最初的DNA分子信息。然而,所有这些理论都必须坚持一个不合逻辑的结论,即传递信息的物质也制造了信息本身。尽管我不是科学家,可是逻辑告诉我在基因密码中的信息必须完全独立于DNA分子的化学结构。

这种科学说法有道理吗?我是否正确理解了我们最近才开始了解的DNA分子的伟大的复杂性?在我看来任何一个人,如果认真研究DNA分子奇迹都会产生同样的震撼—这个不可思议的、微小的、数字的、纠错的、重复的、自我复制的信息存储和检索系统。它有自己内在的语言传统,有能力用生物原料创造任何生物体。

    想到这点很惊讶:这台非凡的机器,拥有创造地球上所有生物的最高能力,无论是高大的红杉还是人脑,可以在几分钟之内组建自己的部件,而重量不超过10-16克。其序列比人类组建的最小的可以运作的机械要小几亿万倍。2
随着过去几十年DNA分子的发现、作图和排序,我们现在知道有机生命要基于极度复杂的信息密码,而且,就像当前最复杂的软件密码一样,这种信息如果没有某种“智力”是不可能被创造或解释的。对我而言,仅仅真正理解DNA分子的科学现实这一件事就击败了我一生的想法,即生命是通过随机的物质力量产生于无生命。即使过三百万年,从统计学来讲要产生DNA也是不可能的。 不过,我们还是继续发掘吧…如果DNA是细胞发展蓝图的信息百宝箱,这些不同功能的细胞看起来是什么样呢?它们真的那么复杂吗?

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1 J.D. 沃森和F.H.C. 克里克,《脱氧核糖核酸的结构》,《自然》,171:737 (1953).
2迈克尔•丹顿,《进化论:陷入危机的理论》,阿德勒出版公司, 338.


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