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        DNA的奇妙用途

        2019-12-27 09:35:32許財翼
        學生天地·初中 2019年11期
        關鍵詞:用途信息

        許財翼

        最近幾十年里,遺傳學給人們的生產、生活帶來了許多革命性的進步,給農業(yè)、刑偵、司法、醫(yī)學等領域也提供了巨大的幫助。那么DNA到底有哪些奇妙用途呢?今天我們一起來了解一下。

        用途 1 識破偽裝,復活古人

        我們都知道人類的頭發(fā)、瞳孔、皮膚的顏色,以及面部長相都由基因控制,因此只要知道一個人的DNA,就能知道他長什么樣。

        首先,這對警察破案非常有幫助。美國有一名慣犯,綽號“爬山虎”,他經常蒙面在深夜?jié)撊刖用窦抑凶靼?。警察追捕他很多年一直苦無線索。由于沒有掌握他的任何面部信息,因此也無法張貼通緝告示。不過,最近科學家從案發(fā)現(xiàn)場提取到了“爬山虎”的DNA,并試圖從DNA著手勾勒出他的長相,然后將之捉拿歸案。雖然目前這項技術還處于初始階段,繪制不出高分辨率的人臉圖像,但它可以幫助我們確定罪犯的某些重要特征,并且還能規(guī)避掉人為因素的誤差。比如有些目擊者在錄口供時,會因個人喜好對嫌犯進行描述時添枝加葉;有些受害人因突遭“侵犯”而恐懼,可能會遺忘某些重要細節(jié)。在新技術的幫助下,這些弊端都能規(guī)避。

        其次,這種面部分析技術也可以應用于考古學。英國歷史上有一位理查德三世國王,在位時間很短,沒有遺留任何畫像,后世對他的描繪是黑色頭發(fā),青灰色眼睛。而近期考古學家發(fā)現(xiàn)了他的遺骸,并對其DNA進行分析后發(fā)現(xiàn),他的眼睛有96%的概率為藍色,頭發(fā)有77%的概率為金色。

        同樣借助這項技術,科學家能勾勒出兩萬多年前尼安德特人的外貌特征,他們很可能長著紅色的頭發(fā)和白皙的皮膚。通過DNA技術,科學家還可以復活猛犸象、渡渡鳥及其他滅絕物種。只要從遺骸中能提取到它們的DNA,就可以借助近親物種孕育來復活它們,比如在大象體內孕育猛犸象幼仔。理論上,科學家認為復活一個紅頭發(fā)的尼安德特人也是可以實現(xiàn)的。當然,復活恐龍是不可能了,因為恐龍在6500萬年前就滅絕了,它們的DNA早已在漫長的歷史中降解為碎片了。

        用途 2 鑒別食物與名畫真?zhèn)?/p>

        雞鴨牛羊肉很好分辨,可是魚的種類那么多,市面上的價格差別也很大,如果以次充好,我們是很難分辨出來的。那該怎么辦呢?

        DNA代碼分析就能幫我們識破真相。只要從魚肉中提取DNA并測序,科學家就能立刻分辨出魚的種類。未來隨著科技進步,檢測工具將被簡化成一種手持設備,如DNA識別器。屆時,就連小學生也能用這種設備來分辨魚的種類,檢驗飯店是否以次充好。我們買東西時,也可以用這種設備來檢驗是否買到了貨真價實的商品。

        除了鑒別食物的真?zhèn)危珼NA代碼分析還可以用于鑒別藝術品的真?zhèn)?。全球藝術品市場每年的交易額高達數十億美元,但專家估算其中40%的藝術品都是仿冒品。雖然有專業(yè)鑒定機構鑒別真?zhèn)?,但如果偽造者技藝精湛,仿冒品極有可能蒙混過關。

        為此,科學家建議在藝術品上附一個小小的塑料標記,標記里含有特定的DNA代碼。當然這個DNA代碼一定不能是藝術家自己的。因為偽造者完全可以從衣服、頭發(fā)甚至垃圾里獲取到藝術家的DNA。所以,這個特定代碼必須是來自其他某種物質的DNA片段。將來鑒別真?zhèn)螘r,只需從塑料標記中提取DNA,然后對照數據庫里的信息,如果兩者吻合,就表明這件藝術品是正品。

        用途 3 紡織黃金,防范病毒

        目前在發(fā)達國家,DNA已成為一種時尚的藝術媒介。DNA是一串長長的雙螺旋結構,由四種核苷酸構成。這四種核苷酸排列有序,可分別用A、C、G和T代表。為此有的科學家編寫了電腦程序,把A、C、G、T的有序排列翻譯成哆、來、咪、發(fā)的音符排列。

        有的藝術家還利用基因技術創(chuàng)作藝術作品,比如熒光海岸繪畫。藝術家在染料里面摻入了一種轉基因細菌,它們可以在一定條件下發(fā)光。因此,當這些細菌發(fā)光時,整幅繪畫就會閃閃發(fā)亮,像真正的熒光海岸一樣。

        美國和日本科學家研發(fā)培育了轉基因桑蠶。這種蠶吐的蠶絲具有多重特性,它不光有蠶絲的柔軟,還兼具蜘蛛絲的堅韌和延展性,以及水母的熒光特性。傳說在一部古老的法國童話故事里,女孩借助精靈的力量,把稻草像紡紗一樣紡成了黃金。如今看來未來科學家們通過轉基因桑蠶,把蠶絲紡成黃金也不是不可能的。

        另外,他們還計劃把網絡上的知識,如流行于全球的維基百科上的文章用DNA編碼做成一串特殊的“基因”,然后利用轉基因技術把這串“基因”植入真實的蘋果基因組里,這樣就能制造出真實的智慧蘋果,如同《圣經》中所描述的伊甸園里智慧樹上的果子一樣。

        DNA雙螺旋結構的匹配與排列非常精確,比如A與T總是緊挨著。根據這個

        特性,科學家又研發(fā)了一項新技術。他們設計了一種DNA片段,把雙螺旋結構中的同類片段識別出來,然后將所有同類片段以更復雜的方式結合。這就好比我們平時玩的折紙藝術,它們結合后就形成了一個新的DNA“折紙”形狀。

        目前利用這項技術,科學家們獲得了一些初步成果,如制作出分子級別的星星和笑臉符號等圖像。

        在醫(yī)療領域,它的用途更廣。把DNA“折紙”裝入特制的“盒子”,使其攜帶藥物進入人體,就可直接把藥物輸送到目標細胞。如果把腫瘤細胞設為目標,那么這個“盒子”只有遇到腫瘤細胞時,才會打開并釋放藥物。這種治療很有針對性,而且基本沒有副作用。同時,這個“盒子”也可以作為“囚籠”,把病毒細胞囚禁其中,然后利用DNA“折紙”破壞它的結構,無聲無息地消滅它。

        用途 4 儲存能力強,計算能力高

        迄今為止,DNA是最古老的儲存介質。科學家們正在研究這種介質的特性,并將其應用于信息技術。現(xiàn)有技術是用0和1對信息編碼,使之成為計算機能識別的語言。同理,科學家如果用A、C、G、T對信息編碼,就會形成一種獨特的“語言”,這就是DNA語言,然后用DNA識別器來讀取數據,把DNA語言變成我們能看懂的信息。

        靠這種編碼方式,就能充分發(fā)揮DNA儲存信息的潛力。首先,它的容量大得驚人。1張CD的容量大約是700MB,100萬張CD大約是700TB(1TB=1024GB,1GB=1024MB)。如果以DNA為儲存介質,那么1克DNA就能儲存100萬張CD的數據,而且科學家估算1克DNA的實際儲存量要超過這個數。

        目前全世界所有電腦硬盤儲存的信息,如果以DNA編碼的話,只需手掌大小的DNA就能完全容下。

        法國特藝集團是全球最大的電影公司之一,也是娛樂行業(yè)的龍頭企業(yè)。如今它正在嘗試用DNA編碼儲存經典的老電影——《月球之旅》。

        其次,用DNA儲存后還可以復制。借助酶的特性,可以迅速復制DNA數據,而且這種復制幾乎沒有任何限制。美國哈佛大學的一位科學家曾把自己的一本著作用DNA進行了編碼,然后在試管里輕松復制了700億份。這本書由此成為歷史上復制數量最多的書籍,創(chuàng)造了世界紀錄。

        最重要的是,DNA儲存信息的時效很長。在10℃左右的溫度下,DNA儲存信息的時間可以長達兩千多年。

        除了儲存信息,科學家還在構想用DNA建造生物計算機。這種計算機沒有屏幕和鍵盤,就是一些化學物質,但不耽誤它的計算能力,其功能與普通電腦是一樣的。而且DNA計算機特別擅長并行處理,比如預報天氣。它可以從地球很多觀測點收集溫度、氣壓、濕度數據,并經過時刻不停地計算,精準預報出天氣的變化趨勢。

        另外,在醫(yī)學上,DNA計算機還有一大優(yōu)勢。它能進入細胞內部,進行信息記錄等操作。如果與DNA“折紙盒子”相結合,那么它將不僅是一部DNA計算機,還是一個與疾病斗爭的“安全衛(wèi)士”。

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