小農經濟時代 第十七章 生命計算機上

作者 ︰ 南非閑人

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生命從哪里來?當然,這個王石解答不了。不過王石就在嘗試還原這個過程。

生命的化學起源是最被普遍接受的一種觀點。

這一假認為,地球上的生命是在地球溫度逐步下降以後,在極其漫長的時間內,由非生命物質經過極其復雜的化學過程,一步一步地演變而成的。

第一個階段,從無機分子生成有機分子的階段,即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的,這一過程教材中已有敘述,這里不再重復。需要著重指出的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中,一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋,其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等「還原性大氣」。米勒先給燒瓶加熱,使水蒸汽在管中循環,接著他通過兩個電極放電產生電火花,模擬原始天空的閃電,以激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應,而球型空間下部連通的冷凝管讓反應後的產物和水蒸汽冷卻形成液體,又流回底部的燒瓶,即模擬降雨的過程。經過一周持續不斷的實驗和循環之後。米勒分析其化學成分時發現,其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物,同時還形成了氰氫酸,而氰氫酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是組成核 酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證實,生命起源的第一步,從無機分子物質形成有機分子物質,在原始地球的條件下是完全可能實現的。

第二個階段,從有機分子物質生成生物大分子物質。這一過程是在原始海洋中發生的,即氨基酸、核 酸等有機分子物質,經過長期積累,相互作用,在適當條件下(如黏土的吸附作用),通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。

第三個階段,從生物大分子物質組成多分子體系。這一過程是怎樣形成的呢?前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假,他通過實驗表明,將蛋白質、多 、核酸和多糖等放在合適的溶液中,它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀滴,這些滴就是團聚體。奧巴林等人認為,團聚體可以表現出合成、分解、生長、生殖等生命現象。例如,團聚體具有類似于膜那樣的邊界,其內部的化學特征顯著地區別于外部的溶液環境。團聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應物,還能在黴的催化作用下發生特定的生化反應,反應的產物也能從團聚體中釋放出去。另外,有的學者還提出了微球體和脂球體等其他的一些假,以解釋有機高分子物質形成多分子體系的過程。

第四個階段,有機多分子體系演變為原始生命。這一階段是在原始的海洋中形成的,是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段。目前,人們還不能在實驗室里驗證這一過程。

而王石現在所做的工作就是模擬推演第四階段。

當然,從簡單原理上來講,一串核 酸序列就已經有部分生命的現象了,最簡單的講,在條件允許下,它可以復制,分離,就很一串磁性念珠一樣,能復制出與它相對應的一串,然後這串又復制出與它對應的一串念珠。當然事實情況不可能這麼簡單。也就是打個方。

王石呢,現在就在這樣測試,將基因序列從短到長逐一排列,然後放在特定的溶液環境中,看其在溶液中的反應。這樣的基因序列專業名詞叫rna,這種序列生存時間較短,很容易被破壞。你要想想,這麼長一條念珠,線又不是很牢,是不是很容易被打斷,而且是不是也很容易揉成一困,很顯然,成團後的復制反應也進行不下去了。王石覺得,rna能在溶液中,復制的速度超過破壞的速度,那麼,這個反應就會持續下去。

王石現在的目的,就是要找到這麼一串序列和溶液組成成份,以便能持續讓反應持續進行下去。

當然,王石也可以找到一種自然界現存的簡單生物,來進行模擬測試,如現在很熱門的酵母菌作為試驗對象。這樣可以節省很多時間,因為實際上大自然已經替王石模擬計算了幾十億年了。

但是,現在先從最簡單的開始,從無到有進行模擬。因為這樣就有可能試驗出最簡結構的生物。

蛋白質基本上都是由基因序列轉錄而來,當然也有部分例外,如引起大家恐慌的瘋牛病。它就是由一種 病毒引起的,這里要明一下,這個 也就是我們平常所的蛋白質。這個 病毒可以進行從蛋白質到蛋白質的復制。

很顯然,其實這個蛋白質在合適的情況下也是可以進行復制的,因為他本質上就是氨基酸鏈呀。、

所以這種 病毒也進入了王石的視線。

王石的設想是,通過設計特定的蛋白質,來完成分子級別運算器制作。很顯然,dna基因序列是一個天然的儲存器。你看,基因序列是由四種堿基不同排列來進行表達的,這與我們的計算機二進制序列是多麼的相似。而且四種堿基兩兩配對,這是計算機邏輯計算中取非操作呀,而計算機中的所有操作就是或與非操作。很顯然,這個基因本身就具有取非的操作。互相配對的基因就象計算機中的0與1一樣,對0取非時,得到的是1,而對1取非是時,得到的是0。而堿基也是兩兩配對的,a配u,g配c,所以選擇基中一種,如是g與c,作為0與1。就可以完成信息的儲存。

不過這里有個問題,基因活動里沒有或的操作,也沒有與的操作。而這兩個操作是必不可少的,很難想象計算機少了這兩個基礎運算,會成什麼樣子。這個問題可把王石給難倒了。

不過王石最後還是給出了辦法。那就是將基因序列,筆直一條固定在一個平面上,然後通過使用一個分子機器來對這條基因進行讀寫操作。

這個分子機器的設計原理是這樣,首先,它的動力來自于電磁波。這個怎麼呢,大家知道微波爐的原理吧,微波爐的加熱方式就是通過微波對水分子進行加熱的。水分子是由2個氫原子和一個氧原子構成的。而這兩個氫原子不是對稱分布在這個氧原子的兩邊,而是有一定角度的。而很顯然,由于氧原子的原子核的魅力氫原子核要大,電子較喜歡往氧原子那塊地兒跑,自己的地兒少跑了許,電子老是跑大家知道吧。本來大家好好的,一正一負,正好搭配,誰也管不著誰,現在老婆老是經常跑到別人的地盤上去,這給逃跑增加不少麻煩。總不至你一個男人孤零零一個人走吧,所以只好老實老實地與別人捆綁在一起,繩索就是對老婆的愛。

很顯然,由于氫原子中的那位老婆老是不在家,家里看起來就有點陽盛陰衰了的味道了。所以照極性來講,氫原子部分這帶正電荷的,而氧原子部分是帶負電荷的,因為女的都往氧原子的地盤上跑了。而由于兩個氫原子不是對稱分布的。實際上這個角度是105度,所以,這個水分子就帶著極性。

這樣問題就好解決了,微波就是電磁波嘛,而電磁波中有交感電場產生。大家想象一下,電磁波產生東西朝向的電場,這樣水分子的極性由于受電場吸引,也會朝東西方向調整,然後方向換一下,極性的調整方向也會換一下。很顯然,只要這個頻率控制的好,最好是能與它引起共振。那麼電磁波的能量就會轉變成這個水分子的動能了。

大家知道水分子的動能是什麼吧,那就是把食物烤熟的加熱過程。

所以,這個分子機器的能源來自于特定的電磁波,分子機器上的特定部位會設計出極性部件,用來接收電磁波的能量。

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