□文/赵言昌

供图/视觉中国

要说到2022 年票房火爆的那些电影，《侏罗纪世界3》一定占有一席之地。自从6 月10 日在国内影院上映以来，《侏罗纪世界3》便表现亮眼，成为暑期档不可小觑的一股力量，票房最终突破10 亿元。

作为“侏罗纪”系列的完结篇，《侏罗纪世界3》的阵容比以往更加强大。除了“老朋友”雷龙、沧龙、霸王龙，还出现了身披羽毛的火盗龙、顽皮可爱的迅猛龙宝宝。恐龙一直是个让人激动的话题，无怪乎，又有人开始问：“能不能复活恐龙呢？”

DNA 的死亡

复活恐龙的想法很诱人，只是很难找到恐龙的DNA。

说起生物学家，你可能很自然地想到一群穿着白大褂、摇晃玻璃管的人，其实生物学家也经常“动粗”。2012 年，丹麦科学家摩顿·艾伦多夫领导的研究小组就动起了电钻——在对158 根恐鸟骨骼进行取样和分析之后，他们发现，DNA 的半衰期是521 年。

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DNA分子由两条长链组成，看上去像旋转的楼梯一样互相盘绕，构成了规则的双螺旋结构。DNA 在蛋白质的帮助下多次盘绕、折叠，组成了染色体。

生物课本上说，DNA 看上去像是旋转的楼梯。其实，DNA 和楼梯还有一个共同之处：它们都由更为基本的材料构成。楼梯由钢铁、玻璃、石头等修建，而DNA 的基本组成单位叫作脱氧核苷酸。依据携带碱基的不同，又可以将脱氧核苷酸分为4 类：带腺嘌呤（A）的、带鸟嘌呤（G）的、带胸腺嘧啶（T）的、带胞嘧啶（C）的。钢铁、玻璃、石头的组合方式，决定着楼梯的形态；与此类似，DNA 携带的信息实质上就取决于4 类脱氧核苷酸的排布顺序。

核苷酸与核苷酸之间，也需要水泥一样的黏合剂。具体一点说，要用到两种力量：一种是分子内作用力，比如共价键，将核苷酸连接成长链；另一种是分子间作用力，比如氢键、范德华力，将两条长链连接在一起，形成双螺旋结构。

问题在于，这些力量不是永远存在的，而是受到各种因素的影响，比如水分多寡、紫外线强弱、蛋白质是否“听话”、周围有没有细菌等。健康的生物，内在环境较为稳定、有序。等生命到了尽头，维持秩序的力量消失，核苷酸与核苷酸之间的连接便渐渐崩坏，DNA 携带的遗传信息也随之渐渐消失。

每过521 年，核苷酸之间的连接就消失一半。由此推算，最理想的情况下，骨骼中的DNA 大约可以保存150 万年。恐龙灭绝大致发生在6 600 万年前，这意味着，我们几乎不可能在恐龙化石中找到DNA。

DNA 的工作

那么，能不能在没有DNA 的情况下复活恐龙呢？

恐鸟骨骼标本

DNA 双螺旋

你也许会脱口而出：“不可能，因为DNA 是生物的遗传物质。”没错，除了RNA 病毒、朊粒等特殊例子，绝大多数生物的遗传性状由DNA 决定。那么，到底是怎么决定的？

常言道：“众口难调。”拿香菜来说，有人非常喜欢，也有人避之唯恐不及。2012 年的一项研究显示，这种差异可能来自嗅觉受体。嗅觉受体是一类特殊的蛋白质，它们可以与空气中的气味分子结合，进而激活神经元，让我们产生特定的感觉。

是“谁”将这些蛋白质制造出来的？主要功臣是转运RNA（tRNA）。tRNA 长得像三叶草，功能则好比叉车，可以将氨基酸运到指定的位置，以便组合成蛋白质。

又是“谁”告诉tRNA 将氨基酸放到哪里？奥妙在tRNA 的另一头，上面分布着3 个碱基。前面说到，两条DNA 长链之间存在氢键。其实，氢键的结合发生在碱基之间。而碱基的结合，十分专一。比如说，组成DNA 的4 种碱基中，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）拉手，鸟嘌呤（G）偏爱胞嘧啶（C）。

当tRNA 带着氨基酸游走的时候，很快会遇到一个合格的“指挥者”——信使RNA（mRNA）。mRNA 看起来像是DNA 单链，只是核苷酸数目较少。或者我们可以说，mRNA 如同一把纵向切开的梯子。梯子中间的横档，便是核苷酸向外伸出的碱基。依靠碱基之间的结合规律，mRNA 可以指挥tRNA，将氨基酸放到合适的位置。

碱基配对原则

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血亲之间一般具有明显相似的形态特征，这种可以遗传的特征叫作遗传性状，由基因（特定核苷酸序列）决定。有的性状由一对基因决定，有的由多对基因控制，还有的受到先天基因、后天环境双重影响。

mRNA 也有4 种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）。尿嘧啶虽然与胸腺嘧啶有些区别，在结合偏好上却完全一致。因此，DNA 只要将自身的核苷酸排布顺序告诉mRNA，便能通过上述机制指挥蛋白质的合成，进而利用蛋白质调控各种各样的生理活动，比如影响我们对食物的感觉。

mRNA 与tRNA

人类的体细胞中有23 对染色体，其中常染色体22 对，用数字1～22 表示，性染色体1 对，用XX 或XY 表示。

目前认为，11 号染色体上的基因与嗅觉关系密切。除此之外，它还影响着神经的发育、胰岛素的调节。神经活动决定了我们的喜怒哀乐，而胰岛素是能量代谢的重要推手，影响着身体利用营养物质的能力。

当然，遗传性状固然重要，却不是生活的全部。举例来说，带有某些基因的人更容易患上心脑血管疾病，不过，控制饮食、注意运动可以在一定程度上抵消基因的影响。至于智力、志趣、性情，就更复杂了，后天的影响才是决定性因素。

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遗传信息不是一成不变的，变化的结果可能有利于生存，也可能不利于生存。运用这一原则，我们可以使用物理、化学刺激引诱植物突变，然后从中选出性状优良的。

DNA 的成长

于是，下一个问题又来了：为什么大多数生物不约而同地选择了DNA 呢？遗传信息大致按照从DNA 到RNA 再到蛋白质的顺序释放。为什么要绕这么一个圈子，而不是以蛋白质或RNA 为遗传物质呢？

直接用蛋白质，恐怕有一点麻烦。拿人类来说，一个细胞内部就可能有数万种蛋白质，至于我们体内一共有多少种蛋白质，至今仍然不太清楚。相比之下，组成人体蛋白质的氨基酸只有20 种。利用DNA 记录氨基酸的组合方式，看起来绕了远路，实际上更为高效。

直接用RNA，则会遇到变异问题。前段时间的新闻里经常提到新冠病毒BA.5 毒株，“BA.5”是什么意思呢？可以理解为族谱的编号。为了准确命名新冠病毒，科学家们按照基因上的亲疏，给它们绘制了“家族树”。BA.5由B.1.1.529突变而来，后者的父系是B.1.1，B.1.1又是B.1毒株突变的结果……遗传信息在传递的过程中，难免出现一些变化，这就是为什么新冠病毒出现不到3 年，变种已经如此之多。

本文采用时间序列分析方法,通过时间切片将原始连续数据分割成一系列状态矩阵,对矩阵可视化,将状态矩阵转换成对应的图像表征数据(本文称为状态图),状态图作为预测模型的输入.

DNA 却稳定得多，双链相当于双重保险。而且DNA 更长，编码的蛋白质更多。其中一些蛋白质可以检查DNA 中的核苷酸排列，假如出现错误，又有另一些蛋白质负责修复。因此，平均来说，DNA 每轮复制中，核苷酸出错的概率只有十亿分之一。

遗传物质的组成

DNA 的诞生

知晓DNA 的优秀之后，很容易想到一个问题：最初的DNA，从何而来呢？

首先，早年间的地球上，哪里来的核苷酸？有些学者认为来自陨石。比如20 世纪60 年代，科学家们就在陨石中检测到了腺嘌呤等碱基。也有学者认为，它们自然而然地就出现了。

1953 年，美国学者斯坦利·米勒搞了一个稀奇古怪的实验装置。装置是封闭的，以免受到外界污染，里面只有一些小分子物质，如水、氢气、甲烷等。按照当时的看法，原始海洋的成分也是如此。此外，该装置还有加热、放电的部件，用以模拟早期地球上的高温和闪电。一周之后，他在里面检测到了许多大分子物质，比如氨基酸。

不管来自天外还是自然生成，总之，在某个时刻，地球上出现了包括核苷酸在内的大分子物质。这就引出了一个新的问题：什么力量让核苷酸组成了长链？2000年前后，学者们发现，黏土可以促使核苷酸连接，比如蒙脱石。

蒙脱石你可能没见过，蒙脱石散多半吃过。拉肚子的时候，医生会开这种药。蒙脱石散看起来像面粉，吃起来有点甜。如果将其放到显微镜下，可以看到许多小孔。这些小孔内部藏着金属离子，对人体来说，它们可以吸附细菌、病毒等有害的物质；若是遇到核苷酸，又会起到催化剂的作用。早年间的核苷酸，可能就是在类似机制下变成了或长或短的链条。

接下来，就是进化的问题。如果将原始海洋比作一锅汤，早期的核苷酸、氨基酸就像其中的米粒。核苷酸以随机的方式结合，可能出现毫无意义的核苷酸链，也可能恰好像tRNA 那样挂住氨基酸，甚至可能出现与mRNA 类似的复杂形态。不管哪一种，如果附近有游离的核苷酸，它们就可以在一定条件下复制自身；如果没有，大不了在时间作用下逐渐消失——为什么要往DNA的方向演化呢？

在早期地球中，必然有一双负责筛选核苷酸链的“手”。带着这样的想法，有些学者将目光放到了海底——

大约40 亿年前，幽深的海底深处，大地露出了自己的胸膛。在岩浆的驱使下，冷与热、酸与碱彼此交织，形成了充满孔洞的石头。

米勒和他的实验装置

叠层石记录下了最早的微生物

最早的大分子物质，就出现在这些石头里。依靠分子间或分子内的作用力，它们开始了盲目的结合，演变出各种各样的形态。慢慢地，其中的某些核苷酸链像mRNA 一样具备了合成蛋白质的能力。蛋白质一方面可以修复错误，让核苷酸变得更稳定；另一方面参与物质代谢，为核苷酸复制提供更多原料。于是，当它们的子代沿着小孔进入其他孔洞时，轻易“击败”了那些只知道利用既有物质复制自己的核苷酸链。

小行星时不时落到地球上，引起遮天蔽日的尘埃。地球慢慢出现了磁场，它在南北极与太阳风交汇，激发出炫目的极光。核苷酸链对此一无所知，只知道尽量忠实地复制自己。

第一次复制，没有什么特别的事发生；第二次复制，仍然没有什么大的变化……如此坚持了5 亿年，在35 亿年前的某一天，终于出现了第一个单细胞生物。

结语

《侏罗纪公园》里有一句名言：“生命总会找到出路。”DNA 不懂得判断，只知道不知疲倦地自我复制。正是这种堪称悲壮的尝试，催生了世间万物。

美国心理学家马丁·塞利格曼提出过一个“习得性无助理论”：将动物放到不可摆脱的困境中，它们会慢慢学会沮丧，哪怕情况发生变化，也没有再次尝试的勇气。类似的现象，同样出现在人类身上。人们会因为多次失败，对运动、学业乃至家庭生活绝望，打心眼里认为不可能，拒绝再试一次。这或许是身为高等动物的代价，我们会根据既往的经历，决定自己的行为。

也许，这就是了解DNA 的意义：只有暂时跳出自我的界限，才有可能理解生命的伟大。