超凡的信息储存系统

电子屏幕指出，要认识DNA，就必须认识DNA梯子的横档。请想象梯子从中间左右分开，两边各有部分横档。横档共有四类，科学家所用的代号是A、T、G、C。科学家惊讶地发现，这些字母的序列是传达某些信息的密码！

你可能听说过19世纪发明的摩尔斯电码，这是电报传递信息时所用的编码。摩尔斯电码只有两个“字母”（点和短划），但这两个“字母”能组合成无数的词和句子。DNA的编码则有四个字母，即上一段提到的A、T、G、C。正如字母拼合成词语，词语组成故事，故事构成篇章，最后各章结集成书，DNA的字母拼合成密码子（“词语”），密码子则组成基因（“故事”）。一个基因平均有2万7000个字母。基因连同基因之间的间隔部分组成了染色体（“篇章”），而23条染色体所组成的基因组，就好比一本有23章的书，其中蕴含了一个生物体的全部遗传信息。b

基因组可说是一部篇幅很长的作品。基因组储存了多少信息？人类基因组约有30亿个碱基对（DNA梯子的横档）。¹⁹如果把基因组比作一套百科全书，每册起码一千页，全套书就有428册，而一个细胞有两个基因组，就合共856册。假如你要用打字机把基因组的信息全打出来，就必须全时工作差不多80年，而且不可休假！

不过，就算你把信息全都打好也没有用。试问你怎可能把好几百册厚厚的书全都塞进一个微小的细胞里呢？再说，你的身体有100万亿个细胞呢。要把巨量的信息压缩到如此程度，实在远远超出人的能力范围。

一位分子生物学兼电脑学教授说：“干重1克的DNA，体积大约是1立方厘米，信息容量约等于一万亿张CD［光碟］。”²⁰这句话意味着什么呢？请想想，DNA蕴含各种基因，也就是人体发育和机能运作所需的指令。每个细胞都有一套完整的指令。小量的DNA就能储存巨量的信息。今天全球人口约有70亿，一茶匙的DNA，就能储存350倍全球人口身体发育和机能运作所需的指令。要储存关乎70亿人口的指令，只消茶匙上薄薄一层DNA就够了。²¹

机器开动了

你站在静悄悄的展览室里，心里想：“细胞核里真的毫无活动，像这个静悄悄的展览室一样吗？”这时，你留意到有个玻璃柜放置着一个DNA模型，柜上方有个电子屏幕显示：“请按钮看示范”。你一按钮，讲解员的声音就响起来，说：“DNA有至少两个重要任务。第一是复制。DNA必须被复制，好让每个新生细胞都有完整、相同的遗传信息。请观看模拟运作。”

玻璃柜的一端有道门打开，进来了一个看来很复杂的机器，原来是几个连在一起的机器人。机器人走向DNA模型，然后爬上去，就像火车沿着轨道行走那样。机器人爬得很快，你看不清它究竟做了什么，只见它一爬过，一个DNA就变成两个完整的DNA。

讲解员说：“大家看到的，是大大简化了的DNA复制过程。一组称为酶的分子机器沿着DNA爬行，先把双股的DNA分开，再用分开后的单股DNA作为模板，在每个单股上产生另一个跟模板互补的单股DNA。我们无法向大家展示机器的每个部分，例如一个在复制DNA之前运作的小工具，这个小工具切开DNA某个部分，让DNA自由转动，不致盘绕得太紧。我们也无法展示在DNA复制期间进行的多次‘校对’，差错全都会被发现和修正，准确程度之高令人称奇。”（请看第16和17页的插图）

讲解员又说：“我们清楚展示的是速度。大家留意到刚才机器人爬行得很快吧。事实上，在DNA‘轨道’上爬行的那组酶，每秒爬大约100个横档或碱基对。²³假如把DNA‘轨道’放大至火车轨道一般大小，在其上行走的‘火车’就以时速超过80公里（50英里）前进。细菌里微小的‘复制机器’比这个速度还要快十倍！在人体细胞中，一队队数以百计的‘复制机器’会在DNA‘轨道’上的不同路段工作，只消八小时就复制了整个基因组。”²⁴（请看第20页附栏“DNA——能被阅读及复制的分子”）

“读取”DNA的信息

复制DNA的机器人离去后，另一部机器就上场。这部机器也在DNA上面爬行，但比先前的机器人爬得慢一点。这次，机器爬过后，DNA并没有改变，只是同时有另一根像单股DNA的绳子不断从机器的一个出口走出来，好像机器长了一条不断生长的尾巴。究竟是怎么一回事呢？

讲解员说：“DNA的第二个任务叫做转录。蛋白质是构成人体的主要物质，而DNA上的基因储存了制造这些蛋白质的方法。既然DNA从不会离开细胞核这个安全地带，那么基因的信息又怎样能被读取和使用呢？首先，有些化学信号给发放到细胞核里，启动了DNA上某个基因。接着，大家看到的这部酶机器就爬上有关基因所在的那段DNA，运用核糖核酸分子（RNA）把基因复印出来。RNA的构造跟DNA不同，但样子极像单股DNA，任务是读取用密码写成的基因信息。在酶机器里的RNA取得了基因的信息后，就离开机器，走出细胞核跟核糖体会合。在核糖体那里，基因的信息就会用来制造蛋白质。”

你看着示范，心里不住地赞叹。你觉得这座博物馆很了不起，构思建造博物馆和这些机器的人实在智慧非凡。如果整座博物馆和所有展品还会自动化运作，能展示出人体细胞内同时进行的无数活动，你又觉得怎样呢？场面必定十分壮观，更令人赞叹。

你意识到，其实在你体内100万亿个细胞里，上述那些小巧复杂的机器正持续不断地运作！你的DNA正被阅读，提供指令去制造数十万种蛋白质分子，构成身体中的酶、组织和器官等。就在这一刻，你的DNA正进行复制和校对，让每个新生细胞都有自己的一套指令，以供读取。